WO2016002569A1 - 反射型表示装置 - Google Patents

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WO2016002569A1
WO2016002569A1 PCT/JP2015/067940 JP2015067940W WO2016002569A1 WO 2016002569 A1 WO2016002569 A1 WO 2016002569A1 JP 2015067940 W JP2015067940 W JP 2015067940W WO 2016002569 A1 WO2016002569 A1 WO 2016002569A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
light absorption
display device
absorption layer
reflective display
light
Prior art date
Application number
PCT/JP2015/067940
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
拓馬 友利
佐藤　英次
箕浦　潔
知子 寺西
Original Assignee
シャープ株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by シャープ株式会社 filed Critical シャープ株式会社
Publication of WO2016002569A1 publication Critical patent/WO2016002569A1/ja

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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/169—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on orientable non-spherical particles having a common optical characteristic, e.g. suspended particles of reflective metal flakes
    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09F—DISPLAYING; ADVERTISING; SIGNS; LABELS OR NAME-PLATES; SEALS
    • G09F9/00—Indicating arrangements for variable information in which the information is built-up on a support by selection or combination of individual elements
    • G09F9/30—Indicating arrangements for variable information in which the information is built-up on a support by selection or combination of individual elements in which the desired character or characters are formed by combining individual elements

Definitions

  • the present invention relates to a reflective display device. More specifically, the present invention relates to a reflective display device that performs display by controlling the direction of a shape anisotropic member dispersed in a medium.
  • a liquid crystal display device using a polarizing plate As a general display device, a liquid crystal display device using a polarizing plate is well known. In this method, natural light before entering the liquid crystal layer is converted into polarized light by the polarizing plate, and the polarized light transmitted through the liquid crystal layer is converted into the same polarizing plate (in the reflection mode) or another polarizing plate (in the transmission mode). By making the light incident, the transmittance of light incident on the liquid crystal cell can be controlled.
  • the liquid crystal layer can be used for controlling the polarization state because the orientation of the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer changes depending on the magnitude of the applied voltage. This type of liquid crystal display device has a limit in improving the light utilization efficiency because more than half of the light used for display is absorbed by the polarizing plate.
  • Patent Documents 1 and 2 disclose a display panel including a light modulation layer including a shape anisotropic member.
  • Patent Document 2 discloses a reflective display device in which a colored layer (light absorption layer) is provided on the back side of a display panel.
  • the reflective display device includes a color filter having a cholesteric polarizing element, and a light absorption layer provided on the back side of the selective reflection surface of the color filter.
  • a reflective liquid crystal display device is disclosed (for example, see Patent Document 3).
  • the present inventors have conducted reflection control in which shape-anisotropic members having light reflectivity are dispersed. Attention was focused on a display method (hereinafter also referred to as flake reflection display method) in which a layer is used and its shape anisotropic member is operated by voltage application.
  • flake reflection display method a display method in which a layer is used and its shape anisotropic member is operated by voltage application.
  • this display formula when the shape anisotropic member is oriented along the in-plane direction (direction perpendicular to the thickness direction) of the reflection control layer, external light is reflected by the shape anisotropic member to reflect the reflected light.
  • the color is displayed (hereinafter also referred to as a light reflection state), and when the shape anisotropic member is oriented along the thickness direction of the reflection control layer, external light is absorbed by the light absorption layer and the color of the light absorption layer Is displayed (hereinafter also referred to as a light absorption state).
  • a light absorption state when the shape anisotropic member is oriented along the thickness direction of the reflection control layer, external light is absorbed by the light absorption layer and the color of the light absorption layer Is displayed (hereinafter also referred to as a light absorption state).
  • unnecessary reflected light is generated in the light absorption state, which may adversely affect the display quality.
  • this point will be described in detail using a reflective display device according to Comparative Examples 1 and 2 examined by the present inventors.
  • FIGS. 9A and 9B are schematic cross-sectional views of the reflective display device according to the comparative example 1.
  • FIG. 9A shows a state when a voltage is applied
  • FIG. 9B shows a state when no voltage is applied.
  • FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the array substrate in the reflective display device according to Comparative Embodiment 1.
  • the reflective display device 101A according to the comparative example 1 is an active matrix display device, and as illustrated in FIG. 9, between the array substrate 110, the counter substrate 130 facing the array substrate 110, and the substrates 110 and 130. And a black light absorption layer 117 provided on the rear surface (the rear surface) of the array substrate 110.
  • the reflection control layer 140 includes a liquid crystal 141 as a medium and a plurality of flakes 144 as a shape anisotropic member.
  • the liquid crystal 141 is a p-type (positive type) nematic liquid crystal having positive dielectric anisotropy.
  • the liquid crystal molecules 143 of the liquid crystal 141 are twisted and aligned along the thickness direction of the reflection control layer 140 when no voltage is applied.
  • the flakes 144 have light reflectivity and are dispersed in the liquid crystal 141. Further, the flake 144 has a surface state in which the liquid crystal molecules 143 are aligned substantially parallel to the surface thereof.
  • the array substrate 110 is arranged on the back side (non-observer side), and the counter substrate 130 is arranged on the observer side.
  • the array substrate 110 and the counter substrate 130 are substrates provided with a high pretilt angle.
  • the array substrate 110 includes a glass substrate 111, a plurality of TFTs 115, a plurality of various wirings (for example, a gate line 112 and a source line 114), an organic insulating film 118 covering these, an organic substrate A plurality of pixel electrodes 119 provided on the insulating film 118 and a vertical alignment film 120 provided on the pixel electrode 119 are provided.
  • Each TFT 115 includes a gate electrode 115a, a gate insulating film 113, a semiconductor layer 115b, a source electrode 115c, and a drain electrode 115d.
  • Each pixel electrode 119 is connected to the corresponding TFT 115 through the contact hole 121.
  • the counter substrate 130 includes a glass substrate 131, a counter electrode 132 provided on the glass substrate 131, and a vertical alignment film 133 provided on the counter electrode 132.
  • a voltage (AC voltage) is applied to the pixel electrode 119 and the counter electrode 132. Then, the orientation of the liquid crystal molecules 143 and the orientation of the flakes 144 are controlled in accordance with the electric field generated between the pixel electrode 119 and the counter electrode 132.
  • the liquid crystal 141 When voltage is applied, as shown in FIG. 9A, the liquid crystal 141 exhibits homeotropic alignment (vertical alignment), and the flake 144 has a major axis that is substantially parallel to the lines of electric force. Rotate.
  • the external light incident on the reflection control layer 140 is directly absorbed by the light absorption layer 117, or is reflected by the reflection surface of the flake 144 and then absorbed by the light absorption layer 117.
  • the color of the light absorption layer 117 that is, black is displayed (light absorption state).
  • the path of external light is indicated by an arrow.
  • the liquid crystal molecules 143 are twisted and oriented along the thickness direction of the reflection control layer 140 and are twisted toward the array substrate 110 and the counter substrate 130.
  • the substrate 110 and the counter substrate 130 are oriented so as to gradually approach perpendicularity.
  • the flake 144 moves so that the liquid crystal molecules 143 are aligned substantially parallel to the surface thereof.
  • the flakes 144 are separated from the array substrate 110 and the counter substrate 130, the reflection surfaces thereof are oriented substantially parallel to the array substrate 110 and the counter substrate 130, and gather near the center in the thickness direction of the reflection control layer 140.
  • the external light incident on the reflection control layer 140 is reflected to the incident side by the reflection surface of the flake 144, and the color (for example, white) of the reflected light of the flake 144 is displayed (light reflection state).
  • the path of external light is indicated by an arrow.
  • FIG. 11 is a schematic cross-sectional view of a reflective display device according to Comparative Example 2, and shows a state when a voltage is applied.
  • the reflective display device 101B according to the comparative example 2 is substantially the same as the reflective display device 101A according to the comparative example 1 except that the light absorption layer 117 is not provided.
  • the reflective display device 101B according to the comparative example 2 when voltage is applied, external light incident on the reflection control layer 140 is reflected at the interface between the glass substrate 111 and the air and is emitted to the viewer side. This is because the refractive index of the glass substrate 111 is different from the refractive index of air.
  • the path of external light is indicated by arrows.
  • the reflective display device 101A according to the comparative example 1 As shown in FIG. 9A, most of the external light incident on the reflection control layer 140 is absorbed by the light absorption layer 117 when voltage is applied. Is done. Therefore, it is possible to prevent reflection of external light as described above.
  • the reflective display device 101A according to the comparative example 1 As shown in FIG. 10, a part of the external light is reflected by the TFT 115 (for example, the drain electrode 115d) or the wiring (for example, the gate line 112 and the source line 114). As a result, the image is emitted to the observer side, and the black display quality (display quality in the light absorption state) is deteriorated. This is because these members are usually made of a light-reflective metal material.
  • the path of external light is indicated by arrows.
  • FIG. 12 is a schematic cross-sectional view of an electrophoretic display, where (a) shows a black display time and (b) shows a white display time.
  • the electrophoretic display includes a pair of substrates 151 and 152 provided with transparent electrodes 153 and 154, a transparent liquid layer 155 sandwiched between the substrates 151 and 152, and a liquid layer 155.
  • the black display particles 156 and the white display particles 157 dispersed therein are included, and the white display particles 157 have a charge different from that of the black display particles 156.
  • the reflective display device 101A according to the comparative example 1 does not require a polarizing plate and does not include a member that absorbs unnecessary reflected light. Therefore, the influence of unnecessary reflected light on the quality of black display is not affected. Very big.
  • FIG. 13 is a schematic cross-sectional view of a reflective display device according to Comparative Example 3.
  • the interval 117s between the adjacent light absorption layers 117 is narrowed when the resolution is increased.
  • the interval 117s becomes narrow in this way, external light incident on the reflection control layer 140 is diffracted at the edge portion of the light absorption layer 117, and the diffracted light interferes with each other. It will be observed like a pattern.
  • the path of external light is indicated by arrows.
  • the reflective display device in the reflective display device according to Comparative Example 3, the light reflected by the external light is observed, but the external light has high directivity. Moreover, the refractive index of light changes with wavelengths. Therefore, diffracted light is observed as a rainbow pattern.
  • the flake reflection display method has room for further improvement in terms of improving the display quality in the light absorption state.
  • the present invention has been made in view of the above situation, and an object of the present invention is to provide a reflective display device capable of improving display quality in a light absorption state.
  • One embodiment of the present invention includes an array substrate; A counter substrate disposed to face the array substrate; A reflection control layer disposed between the array substrate and the counter substrate and including a medium and a plurality of shape anisotropic members; A reflective display device comprising a display region including a plurality of pixels arranged in a matrix,
  • the array substrate includes a plurality of switching elements provided corresponding to the plurality of pixels, A plurality of wires provided in the display area;
  • a light absorption layer provided on the plurality of switching elements and the plurality of wirings, and provided with a plurality of openings corresponding to the plurality of pixels;
  • a plurality of pixel electrodes provided corresponding to the plurality of pixels on the light absorption layer; Each of the plurality of pixel electrodes is connected to a corresponding switching element through a corresponding opening of the light absorption layer,
  • the light absorption layer may be a reflective display device provided in the entire display area except for the plurality of openings.
  • this reflective display device is also referred to as
  • the light absorption layer may have an OD value of 0.8 or more.
  • the light absorption layer may have an OD value of 1.2 or more.
  • the array substrate further includes an interlayer insulating film provided on the plurality of switching elements and the plurality of wirings, and provided with a plurality of openings corresponding to the plurality of pixels,
  • the light absorption layer is provided on the interlayer insulating film,
  • Each of the plurality of pixel electrodes may be connected to the corresponding switching element through the corresponding opening of the light absorption layer and the corresponding opening of the interlayer insulating film.
  • Each of the plurality of openings of the light absorption layer is larger than a corresponding opening of the interlayer insulating film,
  • the light absorption layer may not be in contact with the plurality of switching elements.
  • the array substrate further includes a planarization insulating film provided on the light absorption layer and provided with a plurality of openings corresponding to the plurality of pixels.
  • the plurality of pixel electrodes are provided on the planarization insulating film, Each of the plurality of pixel electrodes is connected to the corresponding switching element through the corresponding opening of the light absorption layer and the corresponding opening of the planarization insulating film,
  • the planarization insulating film covers a side surface of the light absorption layer in each of the plurality of openings of the light absorption layer;
  • Each of the plurality of openings of the planarization insulating film may have a forward tapered shape.
  • the reflective display device further includes a counter electrode provided on at least one of the array substrate and the counter substrate and facing the plurality of pixel electrodes, In each of the plurality of pixels, a projection area of the plurality of shape anisotropic members onto the array substrate and the counter substrate is changed according to a voltage applied between the pixel electrode and the counter electrode. Also good.
  • the projected area may be changed by rotating the plurality of shape anisotropic members.
  • the plurality of shape anisotropic members are oriented along an in-plane direction of the reflection control layer when no voltage is applied between the pixel electrode and the counter electrode, and between the pixel electrode and the counter electrode. When a voltage is applied to the reflection control layer, it may be oriented along the thickness direction of the reflection control layer.
  • the pixel electrode and the counter electrode may be planar.
  • the plurality of shape anisotropic members may be formed of at least one material selected from the group consisting of metals, semiconductors, and dielectrics.
  • the plurality of shape anisotropic members may be flake-shaped, cylindrical, or elliptical.
  • the medium may be a liquid crystal.
  • the reflection type display apparatus which can improve the display quality in a light absorption state is realizable.
  • FIG. 1 is a schematic plan view of a reflective display device according to Embodiment 1.
  • FIG. 2A and 2B are schematic cross-sectional views of a reflective display device according to Embodiment 1, where FIG. 3A shows a state when a voltage is applied, and FIG. 4B shows a state when no voltage is applied.
  • FIG. 3 is a schematic plan view showing the structure of an array substrate in the reflective display device according to Embodiment 1, and shows the structure in one pixel.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the array substrate in the reflective display device according to Embodiment 1, and shows a cross section taken along line A1-A2 of FIG. FIG.
  • FIG. 3 is a schematic plan view showing the structure of an array substrate in the reflective display device according to Embodiment 1, and shows the structure of a contact hole portion.
  • 3 is a graph showing a relationship between an OD value of a light absorption layer and a contrast ratio in Embodiment 1.
  • FIG. 6 is a schematic plan view showing the structure of an array substrate in a reflective display device according to Embodiment 2, showing the structure in one pixel.
  • FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing the structure of an array substrate in a reflective display device according to Embodiment 2, showing a cross section taken along line A1-A2 of FIG.
  • FIG. 1 It is a cross-sectional schematic diagram of the reflective display apparatus which concerns on the comparative form 1, (a) represents the state at the time of voltage application, (b) represents the state at the time of no voltage application.
  • 6 is a schematic cross-sectional view showing the structure of an array substrate in a reflective display device according to Comparative Embodiment 1.
  • FIG. It is a cross-sectional schematic diagram of the reflective display apparatus which concerns on the comparison form 2, and represents the state at the time of voltage application.
  • It is a cross-sectional schematic diagram of an electrophoretic display (a) shows the time of black display, (b) shows the time of white display.
  • FIG. 3 It is a cross-sectional schematic diagram of the reflective display apparatus which concerns on the comparison form 3.
  • the reflective display device is a display device that performs display using reflection of light (external light) incident from outside the device into the device, performs black display when a voltage is applied, and applies no voltage. Reflective display (for example, white display) is performed.
  • the reflective display device is a display device that employs a flake reflective display method, and the shape anisotropic member is along the in-plane direction (direction perpendicular to the thickness direction) of the reflection control layer. When oriented, the shape anisotropic member reflects external light to display the color of reflected light (for example, white) (light reflection state), and the shape anisotropic member is oriented along the thickness direction of the reflection control layer. When this is done, external light is absorbed by the light absorption layer and the color (black) of the light absorption layer is displayed (light absorption state).
  • FIG. 1 is a schematic plan view of a reflective display device according to the first embodiment.
  • the reflective display device 1 according to the present embodiment includes a plurality of pixels 3 arranged in a matrix in a display region 2. In each pixel 3, black display and reflective display are performed. Can be switched.
  • FIG. 2A and 2B are schematic cross-sectional views of the reflective display device according to the first embodiment.
  • FIG. 2A illustrates a state when a voltage is applied
  • FIG. 2B illustrates a state when no voltage is applied.
  • FIG. 3 is a schematic plan view showing the structure of the array substrate in the reflective display device according to Embodiment 1, and shows the structure in one pixel.
  • 4 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the array substrate in the reflective display device according to the first embodiment, and shows a cross section taken along line A1-A2 of FIG.
  • FIG. 5 is a schematic plan view showing the structure of the array substrate in the reflective display device according to Embodiment 1, and shows the structure of the contact hole portion.
  • the reflective display device 1 is an active matrix display device, and is sandwiched between an array substrate 10 and a counter substrate 30 that are arranged to face each other and the substrates 10 and 30 as shown in FIG.
  • the reflection control layer 40 and a drive circuit (not shown) such as a gate line drive circuit and a source line drive circuit are provided.
  • the array substrate 10 is located on the back side (non-observer side), and the counter substrate 30 is located on the front side (display surface side, observer side).
  • the array substrate 10 and the counter substrate 30 are bonded to each other by a sealing material (not shown) arranged so as to surround the display region 2.
  • a reflection control layer 40 is enclosed in a gap between the array substrate 10 and the counter substrate 30 surrounded by the sealing material.
  • the reflection control layer 40 controls the reflection and transmission of incident external light, and includes a liquid crystal 41 as a medium and a shape anisotropic member 42 dispersed in the liquid crystal 41.
  • the thickness of the reflection control layer 40 is not particularly limited.
  • the array substrate 10 and the counter substrate 30 are substrates provided with a high pretilt angle. That is, the tilt angle of the liquid crystal molecules 43 of the liquid crystal 41 is such that when no voltage is applied, the interface between the reflection control layer 40 and the array substrate 10 (hereinafter also referred to as the first interface), the reflection control layer 40 and the counter substrate. 30 ° to 90 °, preferably 30 ° to 90 °, preferably 45 ° to 90 °. The following is more preferable.
  • the tilt angle of the liquid crystal molecules 43 may be the same or different between the first interface and the second interface when no voltage is applied.
  • the array substrate 10 includes a transparent insulating substrate 11 such as a glass substrate, a plurality of gate lines (gate bus lines) 12 provided on the insulating substrate 11 as wirings, and gates.
  • a plurality of TFTs (thin film transistors) 15 as switching elements, an interlayer insulating film 16 covering the source lines 14 and the TFTs 15, a black light absorbing layer 17 provided on the interlayer insulating film 16, and a light absorbing layer 17 are provided.
  • the planarizing insulating film 18 is covered, a plurality of transparent pixel electrodes 19 provided on the planarizing insulating film 18, and an alignment film 20 provided on the pixel electrodes 19.
  • the gate lines 12 extend in parallel to each other, and the source lines 14 extend in parallel to each other in a direction intersecting (for example, perpendicular to) the gate line 12. Openings (through holes) 16 a, 17 a, and 18 a are provided in the interlayer insulating film 16, the light absorption layer 17, and the planarizing insulating film 18 corresponding to the drain electrodes 15 d of the TFTs 15, respectively. If the light absorption layer 17 has sufficient insulation, the interlayer insulating film 16 may be omitted. In that case, the light absorption layer 17 is disposed immediately above the source line 14, the TFT 15, and the gate insulating film 13. Will be.
  • each TFT 15 includes a gate electrode 15 a electrically connected to the gate line 12, a gate insulating film 13, and a semiconductor layer 15 b provided on the gate insulating film 13. , A source electrode 15 c for electrically connecting the semiconductor layer 15 b to the source line 14, and a drain electrode 15 d for electrically connecting the semiconductor layer 15 b to the pixel electrode 19.
  • the pixel electrode 19 is provided in a planar shape for each pixel 3, and each pixel electrode 19 is electrically connected to the corresponding TFT 15 (the drain electrode 15d of the TFT 15) through the openings 16a, 17a and 18a. Yes. As described above, the openings 16 a, 17 a and 18 a function as the contact hole 21.
  • each pixel 3 The driving method of each pixel 3 is the same as in the case of a general liquid crystal display device.
  • Each gate line 12 supplies a scanning signal to a plurality of corresponding TFTs 15, and each source line 14 corresponds to a plurality of corresponding TFTs 15.
  • the display signal is supplied to.
  • the scanning signal and the display signal are supplied to the gate line 12 and the source line 14 from the gate line driving circuit and the source line driving circuit, respectively.
  • a driver circuit such as a gate line driver circuit or a source line driver circuit may be the same as that used in a general liquid crystal display device.
  • the light absorption layer 17 is a member that can absorb light evenly over the entire visible light region, and is intended to realize black display by absorbing external light transmitted through the reflection control layer 40.
  • the material of the light absorption layer 17 is not specifically limited, For example, the resin etc. which disperse
  • the interlayer insulating film 16, the light absorbing layer 17, and the planarizing insulating film 18 are disposed so as to substantially cover the entire display region 2 except for the openings 16a, 17a, and 18a, respectively.
  • the light absorption layer 17 is not patterned for each pixel.
  • the openings 16 a, 17 a and 18 a corresponding to each other are arranged at the same position, but the opening 17 a of the light absorption layer 17 is larger than the opening 16 a of the interlayer insulating film 16 and the opening 18 a of the planarization insulating film 18. Is smaller than the opening 16 a of the interlayer insulating film 16. That is, of the openings 16a, 17a and 18a, the opening 17a is the largest and the opening 18a is the smallest. In plan view, the opening 16a is located inside the opening 17a, and the opening 18a is located inside the opening 16a.
  • the light absorption layer 17 is located on the upper surface (the surface on the reflection control layer 40 side) of the interlayer insulating film 16, and is not in contact with the side surface 16b of the interlayer insulating film 16 in each opening 16a. It is not in contact with the drain electrode 15d of the TFT 15.
  • the planarization insulating film 18 covers the interlayer insulating film 16 and the light absorption layer 17, and is in contact with the entire side surface 17b of the light absorption layer 17 in each opening 17a, and the interlayer insulating film 16 in each opening 16a. The entire side surface 16 b is in contact with the drain electrode 15 d of each TFT 15.
  • Each opening 18a of the planarization insulating film 18 has a forward tapered shape, and the width of each opening 18a gradually increases from the insulating substrate 11 side to the reflection control layer 40 side in a cross-sectional view.
  • each opening part 16a, 17a, 18a was shown by the square, However, The planar shape of each opening part 16a, 17a, 18a is not specifically limited, Polygon other than a rectangle, a rectangle, It may be circular, elliptical or the like.
  • the counter substrate 30 includes a transparent insulating substrate 31 such as a glass substrate, a transparent counter electrode 32 provided on the insulating substrate 31, and an alignment film 33 provided on the counter electrode 32.
  • a color filter may be further provided.
  • the counter electrode 32 is provided in a planar shape so as to cover the entire display region 2 composed of a large number of pixels 3, and is opposed to each pixel electrode 19. As described above, the counter electrode 32 may not be disposed for each pixel, but may be disposed for each pixel. A signal common to all the pixels 3 is supplied to the counter electrode 32.
  • the pixel electrode 19 and the counter electrode 32 are preferably formed of a transparent conductive material.
  • the transparent conductive material include indium tin oxide (ITO) and indium zinc oxide (IZO).
  • a voltage for example, AC voltage
  • an electric field vertical electric field
  • the orientation of the liquid crystal molecules 43 and the shape anisotropic member 42 changes according to the magnitude of the voltage and the strength of the vertical electric field. Therefore, the orientation (alignment state) of the liquid crystal molecules 43 and the shape anisotropic member 42 is reversibly changed (controlled) by the applied voltage.
  • the alignment films 20 and 33 are vertical alignment films.
  • a known vertical alignment polyimide film for example, a thickness of 80 nm
  • the vertical alignment film may be subjected to a high pretilt angle alignment process.
  • the high pretilt angle alignment treatment can be realized, for example, by subjecting the vertical alignment film to rubbing or irradiating the photo-alignment vertical alignment film with polarized light (for example, polarized ultraviolet rays). Thereby, the liquid crystal molecules 43 are aligned so as to have a high pretilt angle when no voltage is applied.
  • the alignment films 20 and 33 may be horizontal alignment films. In this case, by applying a rubbing treatment to a known horizontal alignment film (horizontal alignment polyimide film), for example, a high pretilt angle of 7.5 ° or more and 15 ° or less can be provided.
  • the liquid crystal molecules 43 are twisted and aligned along the thickness direction of the reflection control layer 40 when no voltage is applied. That is, the liquid crystal molecules 43 are spirally aligned (twist alignment) between the array substrate 10 and the counter substrate 30.
  • the liquid crystal 41 has a spiral axis in a direction substantially perpendicular to the array substrate 10 and the counter substrate 30, and the period of the spiral in the thickness direction of the reflection control layer 40 is referred to as a spontaneous pitch Po.
  • Examples of such a liquid crystal include a chiral nematic liquid crystal obtained by mixing a nematic liquid crystal with a chiral agent.
  • the chiral agent imparts twist to the liquid crystal, and for example, CB-15 manufactured by Merck can be used.
  • the reciprocal of the spontaneous pitch Po is known to be proportional to the concentration c of the chiral agent, and the proportionality constant is determined by the type of the chiral agent, the type of nematic liquid crystal, the temperature, and the like.
  • the twist elastic constant of the liquid crystal 41 is K 22
  • the bend elastic constant of the liquid crystal 41 is Assuming that K 33 and the thickness of the reflection control layer 40 are d, the relational expression 2K 22 / K 33 > Po / d may be satisfied, and the chiral agent concentration c is determined so that the spontaneous pitch Po satisfies this relational expression. do it.
  • nematic liquid crystal As the nematic liquid crystal, a p-type (positive) liquid crystal having positive dielectric anisotropy or an n-type (negative) liquid crystal having negative dielectric anisotropy may be used.
  • the liquid crystal molecules 43 become homeotropic alignment with application of voltage, and accordingly, the long axis of the shape anisotropic member 42 is substantially parallel to the array substrate 10 and the counter substrate 30. It is possible to rotate from the direction to the substantially vertical direction.
  • the liquid crystal molecules 43, particularly the liquid crystal molecules 43 in the vicinity of the substrates 10 and 30 rotate in a direction substantially parallel to the array substrate 10 and the counter substrate 30 as voltage is applied.
  • the relative dielectric constant in the major axis direction of the liquid crystal molecules 43 is preferably large. It is preferable that it is 10 or more.
  • the shape anisotropic member 42 is a member having anisotropy, has light reflectivity, and responds with rotation depending on the direction of the electric field.
  • light reflectivity means a property of reflecting visible light.
  • the shape anisotropic member 42 has a surface state in which the liquid crystal molecules 43 are aligned substantially parallel to the surface thereof.
  • the shape of the shape anisotropic member 42 is such that the projected area of the shape anisotropic member 42 on each substrate 10, 30 is continuous according to voltage application when viewed from the normal direction of each substrate 10, 30. It is preferable that the shape changes.
  • the projected area ratio ratio of the maximum projected area to the minimum projected area is preferably 2 or more.
  • a shape examples include a flaky shape such as a disk shape, a columnar shape, and an oval sphere.
  • the thickness of the shape anisotropic member 42 is not specifically limited, For example, when it is flake shaped, the thickness is preferably 1 ⁇ m or less, and more preferably 0.1 ⁇ m or less. As the thickness of the shape anisotropic member 42 is smaller, a black display with less scattering can be obtained.
  • a material of the shape anisotropic member 42 for example, a metal, a semiconductor, a dielectric, and a composite material thereof can be used.
  • a metal for example, aluminum flakes can be used.
  • a dielectric layer may be formed on the surface of the shape anisotropic member 42, and for example, a metal thin piece coated with a resin may be used.
  • the film thickness of the resin is, for example, about several tens to 100 nm.
  • the shape anisotropic member 42 may be formed of a colored member, or may be formed of a dielectric multilayer film or a cholesteric resin.
  • Examples of a method for aligning the liquid crystal molecules 43 substantially parallel to the surface of the shape anisotropic member 42 include the following methods. For example, when a material having a large surface tension such as cholesteric resin or metal is used, the shape anisotropic member 42 is made of a material such as a resin or silica such that the liquid crystal molecules 43 are aligned substantially parallel to the surface. When coated (coated), no special treatment is required. On the other hand, in the case of using a hydrophobic material in which the liquid crystal molecules 43 are not oriented substantially parallel to the surface, the shape anisotropic member 42 is coated with a resin film or the like by a method such as dip coating. Or surface modification is performed by silane coupling treatment using a material having a large polar structure.
  • the specific gravity of the shape anisotropy member 42 it preferably at 11g / cm 3 or less, more preferably 3 g / cm 3 or less, which is equivalent to the liquid crystal specific gravity (e.g., 1 g / cm 3 or less) Is more preferable.
  • the specific gravity of the shape anisotropic member 42 is much larger than the specific gravity of the liquid crystal, the shape anisotropic member 42 may settle in the reflection control layer 40.
  • flake 44 a flake-shaped member (hereinafter also referred to as flake 44) is used as the shape anisotropic member 42.
  • FIG. 2A shows a state in which a voltage is applied between the pixel electrode 19 and the counter electrode 32.
  • FIG. 2A shows the case where p-type liquid crystal is used.
  • the liquid crystal 41 when voltage is applied, the liquid crystal 41 exhibits homeotropic alignment (vertical alignment), and the flake 44 is described from the viewpoint of dielectrophoretic force, Coulomb force, or electrical energy. Rotating so that the major axis is substantially parallel to the lines of electric force, and aligning along the thickness direction of the reflection control layer 40 by the force to minimize the interfacial energy with the liquid crystal 41. (Hereinafter also referred to as longitudinal alignment).
  • the reflective surface of the flake 44 is oriented substantially perpendicular to the array substrate 10 and the counter substrate 30, and enters the reflection control layer 40.
  • the external light thus absorbed is directly absorbed by the light absorption layer 17 or is reflected by the reflection surface of the flake 44 and then absorbed by the light absorption layer 17.
  • the color of the light absorption layer 17, that is, black is displayed (light absorption state).
  • the path of external light is indicated by arrows.
  • FIG. 2B shows a state in which no voltage is applied between the pixel electrode 19 and the counter electrode 32.
  • the liquid crystal molecules 43 are twisted and oriented along the thickness direction of the reflection control layer 40, and twisted toward the array substrate 10 and the counter substrate 30.
  • the substrates 10 and 30 are aligned so as to gradually approach a state (for example, a vertical alignment state) having a pretilt angle given to each of the substrates 10 and 30. Further, the flakes 44 move so that the liquid crystal molecules 43 are aligned substantially parallel to the surface thereof.
  • the flakes 44 are separated from the array substrate 10 and the counter substrate 30 and gather in the vicinity of the center in the thickness direction of the reflection control layer 40 so as to be along the in-plane direction (direction perpendicular to the thickness direction) of the reflection control layer 40.
  • Align hereinafter also referred to as lateral alignment.
  • the reflection surface is oriented substantially parallel to the array substrate 10 and the counter substrate 30 and is incident on the reflection control layer 40. The light is reflected to the incident side by the reflection surface of the flake 44.
  • the color (for example, white) of the reflected light of the flake 44 is displayed (light reflection state).
  • the path of external light is indicated by arrows.
  • the flakes 44 when the flakes 44 are horizontally oriented, the color reflected by the flakes 44 is displayed, and when the flakes 44 are vertically oriented, the light absorbing layer 17 is displayed in black.
  • the flake 44 when the flake 44 is a metal flake, when the flake 44 is horizontally oriented, display by reflected light of the metal flake is obtained, and when the flake 44 is vertically oriented, black display is obtained.
  • the average diameter of the metal flakes is, for example, 20 ⁇ m or less, the surface of the flake 44 is made light-scattering, and the flake 44 has an uneven shape, so that the reflected light from the flake 44 is scattered. , White display can be obtained.
  • the orientation (tilt) of the flake 44 changes according to the magnitude of the voltage applied between the pixel electrode 19 and the counter electrode 32 (reflection control layer 40), and the flake 44 is applied by voltage application.
  • the larger the inclination the smaller the area when the flake 44 is projected onto the array substrate 10.
  • the amount of external light reflected by the tilted flake 44 decreases. Therefore, when the reflectance of the external light incident on the reflection control layer 40 changes according to the magnitude of the applied voltage and the applied voltage is relatively low, a halftone display (gray display) can be obtained, and the predetermined applied voltage When it reaches, black display is realized.
  • the light absorption layer 17 is provided in the entire display area 2 except for the opening 17a, the light absorption layer is not only in each pixel 3 but also between adjacent pixels 3. 17 is arranged, and the edge portion of the light absorption layer 17 does not exist along each pixel 3. Accordingly, generation of light diffracted at the edge portion can be prevented, and as a result, generation of a rainbow pattern due to the diffracted light can be prevented.
  • the light absorption layer 17 is provided on the TFT 15 and the wiring in the display region 2, and the light absorption layer 17 has a plurality of openings 17 a, that is, a plurality of openings for connecting each pixel electrode 19 to the corresponding TFT 15. Since it is provided in the entire display area 2 except for the portion 17a, most of each TFT 15 and all of each wiring can be covered with the light absorption layer 17. Therefore, as shown in FIG. 4, in the light absorption state, most of the external light that has traveled toward the TFT 15 or the wiring can be absorbed by the light absorption layer 17, and reflection at the TFT 15 or the wiring can be greatly reduced. it can. In FIG. 4, the path of external light is indicated by arrows.
  • the contrast ratio can be improved.
  • a gate layer including a gate line 12 and a gate electrode 15a, a gate insulating film 13, a semiconductor layer 15b, and a source line 14 are formed on an insulating substrate 11 by a method similar to that for an array substrate of a general liquid crystal display device.
  • the source layer including the source electrode 15c and the drain electrode 15d is formed in this order.
  • the interlayer insulating film 16 is formed next. Specifically, an insulating film having a thickness of about 100 to 300 nm is formed on the insulating substrate 11, and then patterned to form an opening 16a on the drain electrode 15d.
  • a silicon nitride film is suitable as the interlayer insulating film 16, and a CVD (Chemical Vapor Deposition) method, for example, can be used as a film forming method.
  • a photolithography method or an etching method can be used as the patterning method.
  • the light absorption layer 17 is formed. Specifically, after the material of the light absorption layer 17 is applied on the insulating substrate 11, the coating film is patterned to form the opening 17a on the drain electrode 15d. At this time, the opening 17a of the light absorption layer 17 is formed larger than the opening 16a of the interlayer insulating film 16 so that the light absorption layer 17 is not formed in the opening 16a.
  • a coating method a general coating method such as a spin coating method or a bar coating method can be used.
  • the patterning method for example, a photolithography method can be used.
  • a black resin is suitable. For example, a photosensitive resin in which carbon black is dispersed as a pigment can be used.
  • the OD (Optical Density) value of the light absorption layer 17 can be set as appropriate. However, from the viewpoint of the contrast ratio, 0.8 or more is preferable, and 1.2 or more is more preferable.
  • the film thickness of the light absorption layer 17 can be appropriately set in consideration of conditions such as the characteristics of the material used and the required OD value. For example, when the OD value per 1 ⁇ m thickness of the light absorption layer 17 is 2, 2.8 or 4, the film thickness for setting the OD value of the light absorption layer 17 to 0.8 or 1.2 is shown in Table 1 below. Can be set as follows.
  • the OD value per 1 ⁇ m thickness of the light absorption layer 17 is 2.8, for example, BK-8310 manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd. can be used as the material, and the OD value per 1 ⁇ m thickness of the light absorption layer 17 can be used.
  • the OD value is 4, for example, BK-8310 manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd. can be used.
  • a planarization insulating film 18 is formed. Specifically, after the material of the planarization insulating film 18 is applied on the insulating substrate 11, the opening 18a is formed on the drain electrode 15d by patterning the coating film. From the viewpoint of making the planarization insulating film 18 into a smooth shape with a rounded corner and making each opening 18a into a forward tapered shape, it is preferable to perform heat treatment of the planarization insulating film 18 after patterning.
  • a coating method a general coating method such as a spin coating method or a bar coating method can be used.
  • the patterning method for example, a photolithography method can be used.
  • a transparent resin is suitable, and for example, a positive photosensitive resin (for example, JAS100 manufactured by JSR) can be used.
  • the following steps may be employed. First, the material of the planarization insulating film 18 is applied on the insulating substrate 11, and then a photomask is disposed above the insulating substrate 11 and exposed at an exposure amount of about 50 mJ / cm 2 to 400 mJ / cm 2 . Thereafter, development is performed with TMAH. Subsequently, the entire surface of the planarization insulating film 18 is exposed (entire exposure) with an exposure amount of about 500 mJ / cm 2 . Then, the insulating substrate 11 on which the planarizing insulating film 18 is formed is heated at approximately 220 degrees for approximately 75 minutes. As a result, the planarization insulating film 18 is deformed due to the thermal dripping phenomenon, and the corners of the opening 18a are removed, so that the planarization insulating film 18 has a gentle shape.
  • the film thickness of the planarization insulating film 18 is preferably about 1 ⁇ m to about 4 ⁇ m, and more preferably 2 ⁇ m to 3.5 ⁇ m.
  • the opening 18a of the planarization insulating film 18 is formed to be smaller than the opening 16a of the interlayer insulating film 16 and the opening 17a of the light absorption layer 17, and the entire side surface 16b of the interlayer insulating film 16 is planarized and insulated in each opening 16a.
  • the flattened insulating film 18 covers the entire side surface 17b of the light absorption layer in each opening 17a.
  • the opening 16a, the opening 17a, and the opening 18a may be squares each having a side of 7 ⁇ m, a side of 10 ⁇ m, and a side of 5 ⁇ m.
  • the opening 17a of the light absorption layer 17 is formed larger than the opening 18a of the planarization insulating film 18.
  • the transparent insulating film for example, ITO film
  • a sputtering method with a thickness of about 1000 mm
  • the transparent insulating film is patterned by a photolithography method to form a pixel electrode 19 on the planarizing insulating film 18.
  • an alignment film 20 is formed so as to cover the entire display region 2, and an alignment process for the alignment film 20 is performed as necessary. As a result of the above steps, the array substrate 10 is completed.
  • a transparent conductive film (for example, ITO film) is formed on the insulating substrate 31 by a sputtering method with a thickness of about 1000 mm, and then the transparent conductive film is patterned by a photolithography method.
  • the electrode 32 is formed.
  • an alignment film 33 is formed so as to cover the entire display area 2, and an alignment process of the alignment film 33 is performed as necessary. As a result, the counter substrate 30 is completed.
  • the array substrate 10 and the counter substrate 30 are bonded to each other with a sealing material, and the material of the reflection control layer 40 is sealed in the gap between the array substrate 10 and the counter substrate 30. Thereafter, the reflective display device 1 is completed through a mounting process such as a drive circuit.
  • the reflective display device 1 according to this embodiment was actually manufactured according to the above-described method, reflected light from the TFT 15, the source line 14, and the gate line 12 was not observed, and a good black display was obtained. This is because the light absorption layer 17 is provided inside the insulating substrate 11, and the light absorption layer 17 is formed over the entire display region 2 except for the opening 17a. A white display with a reflectance of 50% was obtained.
  • the display quality during black display is mainly determined by the characteristics (for example, OD value and film thickness) of the light absorption layer 17, and the reflectance during black display. Can be controlled by the OD value of the light absorption layer 17.
  • FIG. 6 is a graph showing the relationship between the OD value of the light absorption layer and the contrast ratio in the first embodiment.
  • the OD value of the light absorption layer 17 is preferably 0.8 or more.
  • the OD value of the light absorption layer 17 is more preferably 1.2 or more. Furthermore, from this result, it was found that a material having a relatively low OD value can be used as the material of the light absorption layer 17.
  • Patent Document 4 describes that the OD value of the black matrix is preferably 3 or more. However, in the present embodiment of the flake reflection display system in which the light absorption layer 17 is provided on the TFT 15 and the wiring, it is so high. The OD value is not particularly necessary.
  • the light absorption layer is arranged for each pixel inside the insulating substrate as in the above-described comparative form 3, since the TFT and the wiring are not covered with the light absorption layer, the reflectance and the contrast ratio at the time of black display are also obtained. Are considered to be around 4.2% and 12, respectively. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to obtain a high contrast ratio as compared with the comparative embodiment 3.
  • the present embodiment relates to a reflective display device, when incident light (external light) is emitted to the observer side, the light passes through the light absorption layer 17 twice. Therefore, the OD value of the light absorption layer 17 may be 1 ⁇ 2 as compared with the case of being provided in the transmissive display device.
  • the upper limit value of the OD value of the light absorbing layer 17 is not particularly limited, but is preferably 2 or less, more preferably 1.6 or less.
  • the reflective display device 1 is disposed between the array substrate 10, the counter substrate 30 disposed to face the array substrate 10, and the array substrate 10 and the counter substrate 30.
  • a reflective display device comprising a reflection control layer 40 including a medium (liquid crystal 41) and a plurality of shape anisotropic members 42, and a display region 2 including a plurality of pixels 3 arranged in a matrix.
  • the array substrate 10 includes a plurality of switching elements (TFTs 15) provided corresponding to the plurality of pixels 3, a plurality of wirings (gate lines 12 and source lines 14) provided in the display region 2, and a plurality of switching elements (TFTs 15).
  • a light absorption layer 17 provided on the switching element and the plurality of wirings and provided with a plurality of openings 17a corresponding to the plurality of pixels 3, and provided on the light absorption layer 17 corresponding to the plurality of pixels 3.
  • Multiple pixels Each of the plurality of pixel electrodes 19 is connected to a corresponding switching element through a corresponding opening 17a of the light absorption layer 17, and the light absorption layer 17 excludes the plurality of openings 17a. And provided in the entire display area 2. Thereby, the display quality in the light absorption state can be improved.
  • the light absorption layer 17 is provided in the entire display region 2 except for the plurality of openings 17a, that is, the plurality of openings 17a for connecting each pixel electrode 19 to the corresponding switching element. Therefore, the light absorption layer is arranged not only in each pixel 3 but also between adjacent pixels 3, and the edge portion of the light absorption layer 17 does not exist along each pixel 3. Accordingly, generation of light diffracted at the edge portion can be prevented, and as a result, generation of a rainbow pattern due to the diffracted light can be prevented.
  • the light absorption layer 17 is provided on a plurality of switching elements provided corresponding to the plurality of pixels 3 and a plurality of wirings provided in the display region 2, and the light absorption layer 17 includes a plurality of light absorption layers 17. Except for a plurality of openings 17a for connecting each pixel electrode 19 to a corresponding switching element, most of the switching elements and wirings are provided. Can be covered by the light absorption layer 17. Accordingly, in the light absorption state, most of the external light that has traveled to the switching element or the wiring can be absorbed by the light absorption layer 17, and the reflection at the switching element or the wiring can be prevented from being greatly reduced. Even if extraneous light passes through the light absorption layer 17 and is reflected by the switching element or wiring, the reflected light can be absorbed by the light absorption layer 17. That is, unnecessary reflection can be reduced in the light absorption state.
  • the OD value of the light absorption layer 17 is preferably 0.8 or more, and more preferably 1.2 or more. In the range where the OD value is less than 0.8, as the OD value increases, the contrast ratio greatly increases. Therefore, by setting the OD value to 0.8 or more, the contrast ratio can be effectively increased. Further, when the OD value is 1.2 or more, the contrast ratio can be particularly effectively increased.
  • the array substrate 10 further includes an interlayer insulating film 16 provided on the plurality of switching elements and the plurality of wirings and provided with the plurality of openings 16a corresponding to the plurality of pixels 3, and absorbs light.
  • the layer 17 is provided on the interlayer insulating film 16, and each of the plurality of pixel electrodes 19 is switched correspondingly through the corresponding opening 17 a of the light absorption layer 17 and the corresponding opening 16 a of the interlayer insulating film 16. Connected to the element.
  • a material having a low sheet resistance for example, a resin BM
  • the interlayer insulating film 16 is provided on the plurality of switching elements and the plurality of wirings, and the light absorption layer 17 is provided on the interlayer insulating film 16, so that the light absorption layer 17 is formed on the plurality of switching elements and the plurality of wirings. Contact can be prevented, and the occurrence of the above-described electrical problems can be suppressed.
  • each of the plurality of openings 17a of the light absorption layer 17 is preferably larger than the corresponding opening 16a of the interlayer insulating film 16, and the light absorption layer 17 preferably does not contact the plurality of switching elements. Thereby, the occurrence of leakage between the plurality of pixels 3 can be more reliably suppressed.
  • the array substrate 10 further includes a planarization insulating film 18 provided on the light absorption layer 17 and provided with a plurality of openings 18 a corresponding to the plurality of pixels 3, and a plurality of pixel electrodes 19.
  • a planarization insulating film 18 provided on the light absorption layer 17 and provided with a plurality of openings 18 a corresponding to the plurality of pixels 3, and a plurality of pixel electrodes 19.
  • each of the plurality of pixel electrodes 19 is switched through the corresponding opening 17 a of the light absorption layer 17 and the corresponding opening 18 a of the planarization insulating film 18.
  • the planarization insulating film 18 connected to the element covers the side surface 17b of the light absorption layer 17 in each of the plurality of openings 17a of the light absorption layer 17, and each of the plurality of openings 18a of the planarization insulation film 18 is The forward tapered shape.
  • each opening 18a of the planarization insulating film 18 has a forward taper shape, each pixel electrode 19 can be reliably electrically connected to the corresponding switching element, and the electrical It is possible to effectively prevent a common connection failure from occurring.
  • the planarization insulating film 18 is provided on the light absorption layer 17 and the plurality of pixel electrodes 19 are provided on the planarization insulation film 18, each pixel electrode 19 is insulated from the light absorption layer 17. Is possible. Therefore, even when a material having a low sheet resistance (for example, resin BM) is used as the material of the light absorption layer 17, leakage between the plurality of pixel electrodes 19 through the light absorption layer 17 can be suppressed.
  • planarization insulating film 18 covers the side surface 17b of the light absorption layer 17 in each opening 17a of the light absorption layer 17, the entire light absorption layer 17 including the side surface 17b is covered with the planarization insulation film 18. Therefore, it is possible to design the light absorption layer 17 without considering problems such as leakage between the plurality of pixel electrodes 19 and poor electrical connection between the pixel electrodes 19. Therefore, for example, as the material of the light absorption layer 17, it is possible to select a material having an appropriate optical density and an excellent patterning performance but having a small sheet resistance.
  • the second embodiment is substantially the same as the first embodiment except that the color of the light absorption layer is changed to a color other than black. A description of the same contents in the present embodiment and the first embodiment will be omitted.
  • FIG. 7 is a schematic plan view showing the structure of the array substrate in the reflective display device according to Embodiment 2, and shows the structure in one pixel.
  • FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the array substrate in the reflective display device according to the second embodiment, and shows a cross section taken along line A1-A2 of FIG.
  • the array substrate 210 has a light absorption layer (colored layer) 217 of a color other than black.
  • the light absorption layer 217 is a member that can absorb light in a partial region of the visible light region. For this reason, in the present embodiment, it is possible to switch between display of a color other than black (for example, red) and reflection display (for example, white).
  • the light absorption layer 217 can be manufactured similarly to the light absorption layer of Embodiment 1. That is, after the material of the light absorption layer 217 is applied on the insulating substrate 11, the coating film is patterned to form the opening 217a on the drain electrode 15d.
  • a coating method a general coating method such as a spin coating method or a bar coating method can be used.
  • a patterning method for example, a photolithography method can be used.
  • a photosensitive resin for example, a pigment dispersion resist optomer CR series manufactured by JSR in which a pigment other than black (for example, red) is dispersed can be used. .
  • the planarization insulating film may be omitted and each pixel electrode may be disposed immediately above the light absorption layer.
  • the driving method of the shape anisotropic member is not particularly limited, and for example, the method described in Patent Document 1 or 2 may be adopted.
  • the medium is not particularly limited to liquid crystal, but a material having optical transparency in the visible light region is preferable. You may use the liquid which does not absorb light substantially in the whole visible light area
  • the reflective display device of each embodiment may change the projected areas of the plurality of shape anisotropic members onto the array substrate and the counter substrate by deforming the shapes of the plurality of shape anisotropic members.
  • the counter electrode may be provided on the array substrate, and in each pixel, the pixel electrode and the counter electrode may be a pair of comb-teeth electrodes in which mutual comb teeth are fitted. Further, in each pixel, the pixel electrode and the counter electrode may have a trunk portion and a plurality of parallel branches (comb teeth) extending from the trunk portion. You may arrange
  • the counter electrode may be provided on the array substrate.
  • the pixel electrode and the counter electrode are a planar electrode and an electrode in which a plurality of parallel electrode slits (electrode non-forming portions) are formed.
  • a combination may be sufficient and the electrode in which the electrode slit was formed may be laminated
  • an electric field substantially parallel to the array substrate is generated in the reflection control layer in the vicinity of the electrode slit.
  • the substrate provided with the counter electrode may further have a common wiring connected to the counter electrode as the wiring.
  • Reflective display device 2 Display area 3: Pixel 10, 210: Array substrate 11, 31: Insulating substrate 12: Gate line (wiring) 13: Gate insulating film 14: Source line (wiring) 15: TFT (switching element) 15a: gate electrode 15b: semiconductor layer 15c: source electrode 15d: drain electrode 16: interlayer insulating films 16a, 17a, 18a: opening 16b, 17b: side surface 17, 217: light absorbing layer 18: planarizing insulating film 19: pixel Electrodes 20, 33: Alignment film 21: Contact hole 30: Counter substrate (second substrate) 32: counter electrode 40: reflection control layer 41: liquid crystal 42: shape anisotropic member 43: liquid crystal molecule 44: flake

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Abstract

本発明は、光吸収状態における表示品位を向上することができる反射型表示装置を提供する。本発明は、アレイ基板及び対向基板の間に配置され、媒体及び複数の形状異方性部材を含む反射制御層と、マトリクス状に配列された複数の画素を含む表示領域とを備え、アレイ基板は、複数の画素に対応して設けられた複数のスイッチング素子と、表示領域内に設けられた複数の配線と、複数のスイッチング素子及び複数の配線上に設けられ、複数の画素に対応して複数の開口部が設けられた光吸収層と、光吸収層上に、複数の画素に対応して設けられた複数の画素電極とを含み、複数の画素電極の各々は、光吸収層の対応する開口部を通って対応するスイッチング素子に接続され、光吸収層は、複数の開口部を除いて、表示領域の全体に設けられる反射型表示装置である。

Description

反射型表示装置
本発明は、反射型表示装置に関する。より詳しくは、媒体中に分散させた形状異方性部材の向きを制御することによって表示を行う反射型表示装置に関するものである。
一般的な表示装置としては、偏光板を用いる方式の液晶表示装置がよく知られている。この方式では、液晶層への入射前の自然光を偏光板によって偏光に変換し、液晶層を透過した偏光を同一の偏光板（反射モードの場合）又は別の偏光板（透過モードの場合）に入射させることで、液晶セルに入射させた光の透過率を制御できる。液晶層は、印加される電圧の大きさに応じて液晶層中の液晶分子の配向が変化するので、偏光状態の制御に用いることができる。この方式の液晶表示装置は、表示に用いられる光の半分以上が偏光板で吸収されてしまうため、光の利用効率を向上させるうえで限界があった。
そこで、偏光板を必要としない表示装置の開発が進められており、例えば、特許文献１、２に開示されたものが知られている。特許文献１、２には、形状異方性部材を含む光変調層を備えた表示パネルが開示されている。また、特許文献２には、表示パネルの背面側に着色層（光吸収層）が設けられた反射型表示装置が開示されている。
上述した偏光板を用いる方式の液晶表示装置の分野においては、反射型表示装置として、コレステリック偏光素子を有するカラーフィルタと、前記カラーフィルタの選択反射面の裏側に設けられる光吸収層と、を備える反射型液晶表示装置が開示されている（例えば、特許文献３参照。）。
また、液晶表示装置の分野では、ＴＦＴ基板上にブラックマトリクス及びカラーフィルタを形成したカラー液晶表示パネルが知られている（例えば、特許文献４参照。）。
国際公開第２０１３／１０８８９９号 国際公開第２０１４／０３４９３０号 特開２００２－２６８０５６号公報 特開２００１－１１７０８５号公報
本発明者らは、光の利用効率を向上するのに適した、偏光板を必要としない反射型表示装置について種々検討した結果、光反射性を有する形状異方性部材が分散された反射制御層を用い、その形状異方性部材を電圧印加によって動作させる表示方式（以下、フレーク反射表示方式とも言う。）に着目した。この表示表式では、形状異方性部材が反射制御層の面内方向（厚み方向と垂直な方向）に沿うように配向したときに形状異方性部材で外光を反射させて反射光の色を表示し（以下、光反射状態とも言う。）、形状異方性部材が反射制御層の厚み方向に沿うように配向したときに外光を光吸収層で吸収して光吸収層の色を表示する（以下、光吸収状態とも言う。）。しかしながら、この表示方式では、光吸収状態において不要な反射光が発生し、表示品位に悪影響を及ぼすことがあった。以下、本発明者らが検討を行った比較形態１、２に係る反射型表示装置を用いて、この点について詳述する。
図９は、比較形態１に係る反射型表示装置の断面模式図であり、（ａ）は、電圧印可時の状態を表し、（ｂ）は、電圧無印加時の状態を表す。図１０は、比較形態１に係る反射型表示装置におけるアレイ基板の構造を示す断面模式図である。
比較形態１に係る反射型表示装置１０１Ａは、アクティブマトリクス型の表示装置であり、図９に示すように、アレイ基板１１０と、アレイ基板１１０に対向する対向基板１３０と、基板１１０及び１３０の間に設けられた反射制御層１４０と、アレイ基板１１０の裏面（背面側の面）に設けられた黒色の光吸収層１１７とを備えている。反射制御層１４０は、媒体としての液晶１４１と、形状異方性部材としての複数のフレーク１４４とを含んでいる。液晶１４１は、正の誘電率異方性を有するｐ型（ポジ型）のネマチック液晶である。液晶１４１の液晶分子１４３は、電圧無印加時に、反射制御層１４０の厚み方向に沿って捩れて配向する。フレーク１４４は、光反射性を有し、液晶１４１中に分散されている。また、フレーク１４４は、その表面に対して液晶分子１４３が略平行に配向する表面状態を有している。アレイ基板１１０が背面側（非観察者側）に配置され、対向基板１３０が観察者側に配置されている。アレイ基板１１０及び対向基板１３０は、高プレチルト角が付与された基板である。
図９及び１０に示すように、アレイ基板１１０は、ガラス基板１１１と、複数のＴＦＴ１１５と、複数の各種配線（例えばゲート線１１２、ソース線１１４）と、これらを覆う有機絶縁膜１１８と、有機絶縁膜１１８上に設けられた複数の画素電極１１９と、画素電極１１９上に設けられた垂直配向膜１２０とを有している。各ＴＦＴ１１５は、ゲート電極１１５ａ、ゲート絶縁膜１１３、半導体層１１５ｂ、ソース電極１１５ｃ及びドレイン電極１１５ｄを含んでいる。各画素電極１１９は、コンタクトホール１２１を通して対応するＴＦＴ１１５に接続されている。
対向基板１３０は、ガラス基板１３１と、ガラス基板１３１上に設けられた対向電極１３２と、対向電極１３２上に設けられた垂直配向膜１３３とを有している。
画素電極１１９及び対向電極１３２には電圧（交流電圧）が印加される。そして、画素電極１１９及び対向電極１３２の間に発生する電界に応じて、液晶分子１４３の向きと、フレーク１４４の向きとが制御される。
電圧印可時は、図９（ａ）に示すように、液晶１４１は、ホメオトロピック配向（垂直配向）を示し、フレーク１４４は、その長軸が電気力線に対して略平行になるように、回転する。そして、反射制御層１４０に入射した外光は、光吸収層１１７に直接吸収されるか、又は、フレーク１４４の反射面で反射した後に光吸収層１１７で吸収される。この結果、光吸収層１１７の色、すなわち黒色が表示される（光吸収状態）。図９（ａ）中に、矢印によって外光の経路を示した。
電圧無印可時は、図９（ｂ）に示すように、液晶分子１４３は、反射制御層１４０の厚み方向に沿って捩れて配向するとともに、アレイ基板１１０及び対向基板１３０に向かって捩れながらアレイ基板１１０及び対向基板１３０に対して徐々に垂直に近づくように配向する。また、フレーク１４４は、その表面に対して液晶分子１４３が略平行に配向するように移動する。その結果、フレーク１４４は、アレイ基板１１０及び対向基板１３０から離れ、その反射面がアレイ基板１１０及び対向基板１３０に対して略平行に配向し、反射制御層１４０の厚み方向の中央付近に集まる。したがって、反射制御層１４０に入射した外光はフレーク１４４の反射面で入射側へ反射され、フレーク１４４の反射光の色（例えば白色）が表示される（光反射状態）。図９（ｂ）中に、矢印によって外光の経路を示した。
図１１は、比較形態２に係る反射型表示装置の断面模式図であり、電圧印可時の状態を表す。
図１１に示すように、比較形態２に係る反射型表示装置１０１Ｂは、光吸収層１１７が設けられていないことを除いて、比較形態１に係る反射型表示装置１０１Ａと実質的に同じである。比較形態２に係る反射型表示装置１０１Ｂでは、電圧印可時に、反射制御層１４０に入射した外光がガラス基板１１１及び空気の間の界面において反射し、観察者側に射出してしまう。これは、ガラス基板１１１の屈折率が空気の屈折率と異なるためである。図１１中に、矢印によって外光の経路を示した。
それに対して、比較形態１に係る反射型表示装置１０１Ａでは、図９（ａ）に示したように、電圧印可時に、反射制御層１４０に入射した外光の大部分は光吸収層１１７に吸収される。そのため、上述のような外光の反射を防止することが可能である。
しかしながら、比較形態１に係る反射型表示装置１０１Ａでは、図１０に示すように、外光の一部がＴＦＴ１１５（例えば、ドレイン電極１１５ｄ）又は配線（例えばゲート線１１２、ソース線１１４）で反射して観察者側に射出してしまい、黒表示の品位（光吸収状態における表示品位）が低下してしまう。これは、これらの部材が通常、光反射性の金属材料から形成されているためである。図１０中に、矢印によって外光の経路を示した。
なお、反射型表示装置としては他に、電気泳動ディスプレイが知られているが、電気泳動ディスプレイでは、上述のような黒表示時の問題は発生しない。図１２は、電気泳動ディスプレイの断面模式図であり、（ａ）は、黒表示時を示し、（ｂ）は、白表示時を示す。
図１２に示すように、電気泳動ディスプレイは、透明電極１５３及び１５４がそれぞれ設けられた一対の基板１５１及び１５２と、基板１５１及び１５２の間に挟持された透明な液体層１５５と、液体層１５５中に分散された、黒表示用粒子１５６及び白表示用粒子１５７とを含んでおり、白表示用粒子１５７は、黒表示用粒子１５６と異なる電荷を有している。そして、黒表示時及び白表示時に、それぞれ、その表示色の粒子が観察者側に移動する。したがって、電気泳動ディスプレイでは、黒表示時において、すなわち外光を観察者側に移動した黒表示用粒子１５６で吸収している状態において、背面側で不要な反射光が発生しない。
また、偏光板を用いる方式の液晶表示装置では、黒表示時に不要な反射光が発生したとしても、その反射光を偏光板によって吸収することが可能であるため、不要な反射光が黒表示の品位に与える影響は小さい。それに対して、比較形態１に係る反射型表示装置１０１Ａは、偏光板を必要とせず、不要な反射光を吸収する部材を備えていないため、不要な反射光が黒表示の品位に与える影響は非常に大きい。
なお、比較形態１に係る反射型表示装置１０１Ａに偏光板を用いると不要な反射光を低減することができるが、反射表示の明るさも低減されてしまう。そのため、形状異方性部材を用いた反射型表示装置１０１Ａの最大の利点の一つである高い光の利用効率が犠牲となってしまう。
また、本発明者らが検討した結果、フレーク反射表示方式では、光吸収状態において虹模様が発生し、表示品位を低下させることがあった。本発明者らが検討を行った比較形態３に係る反射型表示装置を用いて、この点について詳述する。
図１３は、比較形態３に係る反射型表示装置の断面模式図である。
図１３に示すように、光吸収層１１７をガラス基板１１１の内側（反射制御層１４０側）に画素ごとに配置すると、解像度を高くした場合等、隣り合う光吸収層１１７の間隔１１７ｓが狭くなることがある。このように間隔１１７ｓが狭くなると、反射制御層１４０に入射した外光が光吸収層１１７のエッジ部で回折し、そして、回折した光が互いに干渉し、最終的に、分光された光が虹模様のように観察されることになる。図１３中に、矢印によって外光の経路を示した。
なお、液晶表示装置においてもアレイ基板内に光吸収層を設ける例は存在するが、多数の例はバックライトを使用する透過型液晶表示装置に関するものである。そのような透過型液晶表示装置でも光吸収層に起因して光の回折は発生するが、バックライトから射出された光は拡散光であり、その進行方向は無数にある。そのため、虹模様は観察されない。
それに対して、比較形態３に係る反射型表示装置では、外光が反射した光を観察することになるが、外光は指向性が高い。また、光の屈折率は、波長により異なる。したがって、回折光が虹模様として観察される。
上述の課題、すなわち光吸収状態における不要な反射及び虹模様の発生は、黒色の光吸収層を用いた場合のみならず、黒色以外の色の光吸収層を用いた場合にも発生し得る。
以上より、フレーク反射表示方式では、光吸収状態における表示品位を向上するという点で更に改善の余地があった。
本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、光吸収状態における表示品位を向上することができる反射型表示装置を提供することを目的とするものである。
本発明の一態様は、アレイ基板と、
前記アレイ基板に対向して配置された対向基板と、
前記アレイ基板及び前記対向基板の間に配置され、媒体及び複数の形状異方性部材を含む反射制御層と、
マトリクス状に配列された複数の画素を含む表示領域と、を備える反射型表示装置であって、
前記アレイ基板は、前記複数の画素に対応して設けられた複数のスイッチング素子と、
前記表示領域内に設けられた複数の配線と、
前記複数のスイッチング素子及び前記複数の配線上に設けられ、前記複数の画素に対応して複数の開口部が設けられた光吸収層と、
前記光吸収層上に、前記複数の画素に対応して設けられた複数の画素電極と、を含み、
前記複数の画素電極の各々は、前記光吸収層の対応する開口部を通って対応するスイッチング素子に接続され、
前記光吸収層は、前記複数の開口部を除いて、前記表示領域の全体に設けられる反射型表示装置であってもよい。
以下、この反射型表示装置を本発明に係る反射型表示装置とも言う。
本発明に係る反射型表示装置における好ましい実施形態について以下に説明する。なお、以下の好ましい実施形態は、適宜、互いに組み合わされてもよく、以下の２以上の好ましい実施形態を互いに組み合わせた実施形態もまた、好ましい実施形態の一つである。
前記光吸収層のＯＤ値は、０．８以上であってもよい。
前記光吸収層のＯＤ値は、１．２以上であってもよい。
前記アレイ基板は、前記複数のスイッチング素子及び前記複数の配線上に設けられ、前記複数の画素に対応して複数の開口部が設けられた層間絶縁膜を更に含み、
前記光吸収層は、前記層間絶縁膜上に設けられ、
前記複数の画素電極の各々は、前記光吸収層の前記対応する開口部と前記層間絶縁膜の対応する開口部とを通って前記対応するスイッチング素子に接続されてもよい。
前記光吸収層の前記複数の開口部の各々は、前記層間絶縁膜の対応する開口部よりも大きく、
前記光吸収層は、前記複数のスイッチング素子に接触しなくてもよい。
前記アレイ基板は、前記光吸収層上に設けられ、前記複数の画素に対応して複数の開口部が設けられた平坦化絶縁膜を更に含み、
前記複数の画素電極は、前記平坦化絶縁膜上に設けられ、
前記複数の画素電極の各々は、前記光吸収層の前記対応する開口部と前記平坦化絶縁膜の対応する開口部とを通って前記対応するスイッチング素子に接続され、
前記平坦化絶縁膜は、前記光吸収層の前記複数の開口部の各々において、前記光吸収層の側面を覆い、
前記平坦化絶縁膜の前記複数の開口部の各々は、順テーパ形状であってもよい。
本発明に係る反射型表示装置は、前記アレイ基板及び前記対向基板の少なくとも一方に設けられ、前記複数の画素電極に対向する対向電極を更に備え、
前記複数の画素の各々において、前記画素電極及び前記対向電極の間に印加される電圧に応じて、前記複数の形状異方性部材の前記アレイ基板及び前記対向基板への投影面積を変化させてもよい。
本発明に係る反射型表示装置は、前記複数の形状異方性部材を回転させることによって、前記投影面積を変化させてもよい。
前記複数の形状異方性部材は、前記画素電極及び前記対向電極の間に電圧が印加されないときに前記反射制御層の面内方向に沿うように配向し、前記画素電極及び前記対向電極の間に電圧が印加されたときに前記反射制御層の厚み方向に沿うように配向してもよい。
前記複数の画素の各々において、前記画素電極及び前記対向電極は、平面状であってもよい。
前記複数の形状異方性部材は、金属、半導体及び誘電体からなる群より選ばれる少なくとも一つの材料から形成されてもよい。
前記複数の形状異方性部材は、フレーク状、円柱状又は楕円球状であってもよい。
前記媒体は、液晶であってもよい。
本発明によれば、光吸収状態における表示品位を向上することができる反射型表示装置を実現することができる。
実施形態１に係る反射型表示装置の平面模式図である。 実施形態１に係る反射型表示装置の断面模式図であり、（ａ）は、電圧印可時の状態を表し、（ｂ）は、電圧無印加時の状態を表す。 実施形態１に係る反射型表示装置におけるアレイ基板の構造を示す平面模式図であり、１つの画素内の構造を示す。 実施形態１に係る反射型表示装置におけるアレイ基板の構造を示す断面模式図であり、図３のＡ１－Ａ２線断面を示す。 実施形態１に係る反射型表示装置におけるアレイ基板の構造を示す平面模式図であり、コンタクトホール部の構造を示す。 実施形態１における光吸収層のＯＤ値とコントラスト比との関係を示すグラフである。 実施形態２に係る反射型表示装置におけるアレイ基板の構造を示す平面模式図であり、１つの画素内の構造を示す。 実施形態２に係る反射型表示装置におけるアレイ基板の構造を示す断面模式図であり、図７のＡ１－Ａ２線断面を示す。 比較形態１に係る反射型表示装置の断面模式図であり、（ａ）は、電圧印可時の状態を表し、（ｂ）は、電圧無印加時の状態を表す。 比較形態１に係る反射型表示装置におけるアレイ基板の構造を示す断面模式図である。 比較形態２に係る反射型表示装置の断面模式図であり、電圧印可時の状態を表す。 電気泳動ディスプレイの断面模式図であり、（ａ）は、黒表示時を示し、（ｂ）は、白表示時を示す。 比較形態３に係る反射型表示装置の断面模式図である。
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態及び実施例を説明するが、本発明は、以下の実施形態及び実施例に限定されるものではない。また、各実施形態及び実施例の構成は、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜組み合わされてもよいし、変更されてもよい。なお、各実施形態において、同様の機能を発揮する部材には同じ符号を付している。
（実施形態１）
本実施形態に係る反射型表示装置は、装置外から装置内へ入射した光（外光）の反射を利用して表示を行う表示装置であり、電圧印加時に黒表示を行い、電圧無印加時に反射表示（例えば白表示）を行うものである。また、本実施形態に係る反射型表示装置は、フレーク反射表示方式を採用する表示装置であり、形状異方性部材が反射制御層の面内方向（厚み方向と垂直な方向）に沿うように配向したときに形状異方性部材で外光を反射させて反射光の色（例えば白色）を表示し（光反射状態）、形状異方性部材が反射制御層の厚み方向に沿うように配向したときに外光を光吸収層で吸収して光吸収層の色（黒色）を表示する（光吸収状態）。
図１は、実施形態１に係る反射型表示装置の平面模式図である。
図１に示すように、本実施形態に係る反射型表示装置１は、表示領域２内にマトリクス状に配列された複数の画素３を有するものであり、各画素３において、黒表示及び反射表示を切り換え可能に構成されている。
図２は、実施形態１に係る反射型表示装置の断面模式図であり、（ａ）は、電圧印可時の状態を表し、（ｂ）は、電圧無印加時の状態を表す。図３は、実施形態１に係る反射型表示装置におけるアレイ基板の構造を示す平面模式図であり、１つの画素内の構造を示す。図４は、実施形態１に係る反射型表示装置におけるアレイ基板の構造を示す断面模式図であり、図３のＡ１－Ａ２線断面を示す。図５は、実施形態１に係る反射型表示装置におけるアレイ基板の構造を示す平面模式図であり、コンタクトホール部の構造を示す。
本実施形態に係る反射型表示装置１は、アクティブマトリクス型の表示装置であり、図２に示すように、互いに対向配置されたアレイ基板１０及び対向基板３０と、基板１０及び３０の間に挟持された反射制御層４０と、ゲート線駆動回路、ソース線駆動回路等の駆動回路（図示せず）とを備えるものである。アレイ基板１０が背面側（非観察者側）に位置し、対向基板３０が前面側（表示面側、観察者側）に位置している。アレイ基板１０と対向基板３０とは、表示領域２を囲むように配置されたシール材（図示せず）によって互いに貼り合わされている。シール材によって囲まれたアレイ基板１０と対向基板３０との間隙に、反射制御層４０が封入されている。反射制御層４０は、入射してきた外光の反射及び透過を制御するものであり、媒体としての液晶４１と、液晶４１中に分散された形状異方性部材４２とを含んでいる。反射制御層４０の厚みは特に限定されない。
アレイ基板１０及び対向基板３０は、高プレチルト角が付与された基板である。つまり、液晶４１の液晶分子４３のチルト角は、電圧無印加時に、反射制御層４０及びアレイ基板１０の間の界面（以下、第一の界面とも言う。）と、反射制御層４０及び対向基板３０の間の界面（以下、第二の界面とも言う。）とで、７．５°以上、９０°以下であり、３０°以上、９０°以下であることが好ましく、４５°以上、９０°以下であることがより好ましい。液晶分子４３のチルト角は、電圧無印加時に、第一の界面と第二の界面との間で、同一であってもよいし、異なっていてもよい。
図２～５に示すように、アレイ基板１０は、ガラス基板等の透明な絶縁基板１１と、絶縁基板１１上に設けられた、配線としての複数のゲート線（ゲートバスライン）１２と、ゲート線１２を覆うゲート絶縁膜１３と、ゲート絶縁膜１３上に設けられた、配線としての複数のソース線（ソースバスライン）１４と、ゲート線１２及びソース線１４の各交差部にそれぞれ設けられた、スイッチング素子としての複数のＴＦＴ（薄膜トランジスタ）１５と、ソース線１４及びＴＦＴ１５を覆う層間絶縁膜１６と、層間絶縁膜１６上に設けられた黒色の光吸収層１７と、光吸収層１７を覆う平坦化絶縁膜１８と、平坦化絶縁膜１８上に設けられた透明な複数の画素電極１９と、画素電極１９上に設けられた配向膜２０とを備えている。ゲート線１２は、互いに平行に延在しており、ソース線１４は、ゲート線１２と交差（例えば直行）する方向に互いに平行に延在している。層間絶縁膜１６、光吸収層１７及び平坦化絶縁膜１８には、それぞれ、各ＴＦＴ１５のドレイン電極１５ｄに対応して開口部（貫通孔）１６ａ、１７ａ及び１８ａが設けられている。なお、光吸収層１７が充分な絶縁性を有する場合は、層間絶縁膜１６を省略してもよく、その場合、光吸収層１７は、ソース線１４、ＴＦＴ１５及びゲート絶縁膜１３の直上に配置されることになる。
ＴＦＴ１５は、画素３ごとに設けられており、各ＴＦＴ１５は、ゲート線１２に電気的に接続されたゲート電極１５ａと、ゲート絶縁膜１３と、ゲート絶縁膜１３上に設けられた半導体層１５ｂと、半導体層１５ｂをソース線１４に電気的に接続するためのソース電極１５ｃと、半導体層１５ｂを画素電極１９に電気的に接続するためのドレイン電極１５ｄとを含んでいる。
画素電極１９は、画素３ごとに平面状に設けられており、各画素電極１９は、開口部１６ａ、１７ａ及び１８ａを通って対応するＴＦＴ１５（ＴＦＴ１５のドレイン電極１５ｄ）に電気的に接続されている。このように、開口部１６ａ、１７ａ及び１８ａは、コンタクトホール２１として機能している。
各画素３の駆動方法は、一般的な液晶表示装置の場合と同様であり、各ゲート線１２は、対応する複数のＴＦＴ１５に走査信号を供給し、各ソース線１４は、対応する複数のＴＦＴ１５に表示信号を供給する。走査信号及び表示信号は、それぞれ、ゲート線駆動回路及びソース線駆動回路から各ゲート線１２及び各ソース線１４に供給される。なお、ゲート線駆動回路、ソース線駆動回路等の駆動回路の構成は、一般的な液晶表示装置に用いられるものと同じでもよい。
光吸収層１７は、可視光領域の全域にわたって光をむらなく吸収可能な部材であり、反射制御層４０を透過した外光を吸収して黒表示を実現するためのものである。光吸収層１７の材料は特に限定されず、例えば、黒色顔料を分散した樹脂等を用いることができる。
層間絶縁膜１６、光吸収層１７及び平坦化絶縁膜１８は、それぞれ開口部１６ａ、１７ａ及び１８ａを除いて、実質的に表示領域２の全域を覆うように配置されている。このように、光吸収層１７が画素ごとにパターニングされてないことが本実施形態の最も大きな特徴の一つである。
互いに対応する開口部１６ａ、１７ａ及び１８ａは同じ位置に配置されているが、光吸収層１７の開口部１７ａは、層間絶縁膜１６の開口部１６ａより大きく、平坦化絶縁膜１８の開口部１８ａは、層間絶縁膜１６の開口部１６ａより小さい。すなわち、開口部１６ａ、１７ａ及び１８ａのうち、開口部１７ａが最も大きく、開口部１８ａが最も小さい。平面視において、開口部１７ａの内側に開口部１６ａが位置し、開口部１６ａの内側に開口部１８ａが位置している。光吸収層１７は、層間絶縁膜１６の上面（反射制御層４０側の面）上に位置しており、各開口部１６ａにおいて層間絶縁膜１６の側面１６ｂに接触しておらず、また、各ＴＦＴ１５のドレイン電極１５ｄに接触していない。平坦化絶縁膜１８は、層間絶縁膜１６及び光吸収層１７を覆っており、各開口部１７ａにおいて光吸収層１７の側面１７ｂ全体に接触しており、各開口部１６ａにおいて層間絶縁膜１６の側面１６ｂ全体に接触しており、各ＴＦＴ１５のドレイン電極１５ｄに接触している。平坦化絶縁膜１８の各開口部１８ａは、順テーパ形状であり、断面視において各開口部１８ａの幅は、絶縁基板１１側から反射制御層４０側にかけて徐々に大きくなっている。
なお、図５では、各開口部１６ａ、１７ａ、１８ａの平面形状を正方形で示したが、各開口部１６ａ、１７ａ、１８ａの平面形状は特に限定されず、矩形や、四角形以外の多角形、円形、楕円形等であってもよい。
対向基板３０は、ガラス基板等の透明な絶縁基板３１と、絶縁基板３１上に設けられた透明な対向電極３２と、対向電極３２上に設けられた配向膜３３とを備えている。カラー表示を行う場合には、更にカラーフィルタを備えてもよい。
対向電極３２は、多数の画素３で構成される表示領域２の全体を覆うように平面状に設けられており、各画素電極１９に対向している。このように、対向電極３２は、画素ごとに配置されていなくてもよいが、画素ごとに配置されてもよい。対向電極３２には全画素３に共通の信号が供給される。
画素電極１９及び対向電極３２は、透明導電材料により形成されることが好ましい。透明導電材料としては、例えば、インジウム酸化錫（ＩＴＯ）、インジウム酸化亜鉛（ＩＺＯ）等が挙げられる。
画素電極１９及び対向電極３２には、表示信号に応じた電圧（例えば交流電圧）が印加され、反射制御層４０には電界（縦電界）が発生する。この電圧の大きさ及び縦電界の強さに応じて、液晶分子４３及び形状異方性部材４２の向きが変化する。したがって、印可電圧によって液晶分子４３及び形状異方性部材４２の向き（配向状態）が可逆的に変化する（制御される）。
配向膜２０及び３３は、垂直配向膜である。垂直配向膜としては、公知の垂直配向性ポリイミド膜（例えば、厚みが８０ｎｍ）を単に成膜したものであってもよい。また、垂直配向膜に高プレチルト角配向処理を施したものであってもよい。高プレチルト角配向処理は、例えば、垂直配向膜にラビング処理を施したり、光配向性の垂直配向膜に対して偏光（例えば、偏光紫外線）を照射したりすることで実現できる。これにより、液晶分子４３は、電圧無印加時に、高プレチルト角を有するように配向する。また、配向膜２０及び３３は、水平配向膜であってもよい。この場合、公知の水平配向膜（水平配向性ポリイミド膜）にラビング処理を施すことによって、例えば、７．５°以上、１５°以下の高プレチルト角を付与することができる。
液晶分子４３は、電圧無印加時に、反射制御層４０の厚み方向に沿って捩れて配向するものである。すなわち、液晶分子４３は、アレイ基板１０と対向基板３０との間で、螺旋状に配向（ツイスト配向）している。液晶４１は、アレイ基板１０及び対向基板３０に対して略垂直な方向の螺旋軸を有し、反射制御層４０の厚み方向における螺旋の周期を自発ピッチＰｏと言う。上述したような高プレチルト角が付与されたアレイ基板１０及び対向基板３０と組み合わせることで、液晶分子４３のチルト角は、電圧無印加時に、反射制御層４０の厚み方向に沿って変化する。このような液晶としては、例えば、ネマチック液晶にカイラル剤を混合したカイラルネマチック液晶等が挙げられる。カイラル剤は液晶に捩れを付与するものであり、例えば、Ｍｅｒｃｋ社製ＣＢ－１５等を利用することができる。自発ピッチＰｏの逆数は、カイラル剤の濃度ｃに比例することが知られており、その比例定数は、カイラル剤の種類、ネマチック液晶の種類、温度等によって決定される。例えば、第一及び第二の界面での液晶分子４３のプレチルト角が９０°である場合、安定したヘリカル構造を得るためには、液晶４１のツイスト弾性定数をＫ２２、液晶４１のベンド弾性定数Ｋ３３、反射制御層４０の厚みをｄとすると、２Ｋ２２／Ｋ３３＞Ｐｏ／ｄの関係式を満たせばよく、自発ピッチＰｏがこの関係式を満たすように、カイラル剤の濃度ｃを決定すればよい。
ネマチック液晶としては、正の誘電率異方性を有するｐ型（ポジ型）の液晶を用いても、負の誘電率異方性を有するｎ型（ネガ型）の液晶を用いてもよい。ｐ型の液晶を用いた場合、液晶分子４３は電圧印加とともにホメオトロピック配向になり、それに応じて、形状異方性部材４２の長軸が、アレイ基板１０及び対向基板３０に対して略平行な方向から、略垂直な方向へと回転することができる。ｎ型の液晶を用いた場合、電圧印加とともに、液晶分子４３、特に各基板１０、３０付近の液晶分子４３がアレイ基板１０及び対向基板３０に対して略平行な方向に回転する。また、液晶４１及び形状異方性部材４２の誘電率の差も、形状異方性部材４２の動作に寄与するため、液晶分子４３の長軸方向の比誘電率は大きいことが好ましく、例えば、１０以上であることが好ましい。
形状異方性部材４２は、異方性を有する形状の部材であり、光反射性を有し、電界の方向によって回転を伴う応答をする。なお、本明細書において光反射性とは、可視光を反射する性質を意味する。また、形状異方性部材４２は、その表面に対して液晶分子４３が略平行に配向する表面状態を有している。形状異方性部材４２の形状は、各基板１０、３０の法線方向から見たときに、形状異方性部材４２の各基板１０、３０への投影面積が、電圧印加に応じて連続的に変化する形状であることが好ましい。また、投影面積比（最小投影面積に対する最大投影面積の比）は、２以上であることが好ましい。このような形状としては、例えば、円盤状等の薄片状（フレーク状）、円柱状、楕円球状等が挙げられる。形状異方性部材４２の厚みは特に限定されないが、例えば、フレーク状である場合、その厚みは１μｍ以下であることが好ましく、０．１μｍ以下であることがより好ましい。形状異方性部材４２の厚みが小さいほど、散乱の少ない黒表示を得ることができる。
形状異方性部材４２の材料としては、例えば、金属、半導体、誘電体、及び、それらの複合材料を用いることができる。例えば、形状異方性部材４２の材料として金属を用いる場合、アルミニウムフレークを用いることができる。また、その場合、形状異方性部材４２の表面に誘電体層（絶縁層）を形成してもよく、例えば、金属薄片を樹脂で被覆したものを用いてもよい。このとき、樹脂の膜厚は、例えば、数十～１００ｎｍ程度とする。更に、形状異方性部材４２は、着色した部材によって形成されてもよく、誘電体多層膜やコレステリック樹脂によって形成されてもよい。
形状異方性部材４２の表面に対して、液晶分子４３を略平行に配向させるための方法としては、以下の方法が挙げられる。例えば、コレステリック樹脂や金属等の表面張力が大きい材料を用いた場合や、液晶分子４３が表面に対して略平行に配向するような材質の樹脂やシリカ等の材料で形状異方性部材４２を被覆（コーティング）した場合には、特別な処理は必要ない。これに対して、疎水性の材料で、液晶分子４３が表面に対して略平行に配向しない材料を用いた場合には、ディップコート等の方法によって樹脂膜等で形状異方性部材４２を被膜したり、極性の大きな構造を有する材料を用いたシランカップリング処理によって表面改質を行ったりする。
形状異方性部材４２の比重は、１１ｇ／ｃｍ３以下であることが好ましく、３ｇ／ｃｍ３以下であることがより好ましく、液晶の比重（例えば、１ｇ／ｃｍ３以下）と同等であることが更に好ましい。形状異方性部材４２の比重が液晶の比重よりも非常に大きい場合は、形状異方性部材４２が反射制御層４０中で沈降してしまうことがある。
次に、反射型表示装置１の光吸収状態及び光反射状態について説明する。以下では、形状異方性部材４２として、フレーク状の部材（以下、フレーク４４とも言う。）を用いた場合について説明する。
図２（ａ）は、画素電極１９及び対向電極３２の間に電圧を印加した状態を示したものである。また、図２（ａ）は、ｐ型の液晶を用いた場合について示されている。図２（ａ）に示すように、電圧印可時は、液晶４１は、ホメオトロピック配向（垂直配向）を示し、フレーク４４は、誘電泳動力、クーロン力、又は、電気エネルギー的な観点から説明される力、及び、液晶４１との界面エネルギーを極小にする力によって、その長軸が電気力線に対して略平行になるように、回転し、反射制御層４０の厚み方向に沿うように配向する（以下、縦配向とも言う。）。例えば、フレーク４４として、金属の薄片のような光反射性を有する材料を用いれば、フレーク４４の反射面がアレイ基板１０及び対向基板３０に対して略垂直に配向し、反射制御層４０に入射した外光は光吸収層１７に直接吸収されるか、又は、フレーク４４の反射面で反射した後に光吸収層１７で吸収される。この結果、光吸収層１７の色、すなわち黒色が表示される（光吸収状態）。図２（ａ）中に、矢印によって外光の経路を示した。
図２（ｂ）は、画素電極１９及び対向電極３２の間に電圧を印加しない状態を示したものである。図２（ｂ）に示すように、電圧無印可時は、液晶分子４３は、反射制御層４０の厚み方向に沿って捩れて配向するとともに、アレイ基板１０及び対向基板３０に向かって捩れながら、各々の基板１０、３０に付与されたプレチルト角を有する状態（例えば垂直配向状態）に徐々に近づくように配向する。また、フレーク４４は、その表面に対して液晶分子４３が略平行に配向するように移動する。その結果、フレーク４４は、アレイ基板１０及び対向基板３０から離れて反射制御層４０の厚み方向の中央付近に集まり、反射制御層４０の面内方向（厚み方向と垂直な方向）に沿うように配向する（以下、横配向とも言う。）。例えば、フレーク４４として、金属の薄片のような光反射性を有する材料を用いれば、その反射面がアレイ基板１０及び対向基板３０に対して略平行に配向し、反射制御層４０に入射した外光はフレーク４４の反射面で入射側へ反射される。この結果、フレーク４４の反射光の色（例えば白色）が表示される（光反射状態）。図２（ｂ）中に、矢印によって外光の経路を示した。
このように、本実施形態では、フレーク４４が横配向するときはフレーク４４での反射色が表示され、フレーク４４が縦配向するときは光吸収層１７の黒色が表示される。例えば、フレーク４４を金属の薄片とすると、フレーク４４が横配向するときは金属の薄片の反射光による表示が得られ、フレーク４４が縦配向するときは黒表示が得られる。更に、金属の薄片の平均径を、例えば２０μｍ以下としたり、フレーク４４の表面を光散乱性にしたり、フレーク４４の輪郭を凹凸の激しい形状にすることで、フレーク４４での反射光は散乱され、白表示を得ることができる。
また、本実施形態では、画素電極１９及び対向電極３２の間（反射制御層４０）に印加される電圧の大きさに応じて、フレーク４４の配向（傾き）が変化し、電圧印加によりフレーク４４の傾きが大きくなるほど、フレーク４４をアレイ基板１０上に投影したときの面積が小さくなる。投影面積の減少に応じて、傾いたフレーク４４によって反射される外光の量は減少する。したがって、印加電圧の大きさに応じて反射制御層４０に入射した外光の反射率が変化し、印可電圧が比較的低いときに、中間調表示（グレー表示）を得られ、所定の印加電圧に到達したときに、黒表示が実現される。
更に、本実施形態では、光吸収層１７は、開口部１７ａを除いて、表示領域２の全体に設けられていることから、各画素３内のみならず隣り合う画素３間にも光吸収層１７が配置されることになり、各画素３に沿って光吸収層１７のエッジ部が存在していない。したがって、該エッジ部で回折する光の発生を防止でき、その結果、該回折光に起因する虹模様の発生を防止することができる。
そして、光吸収層１７は、表示領域２内のＴＦＴ１５及び配線上に設けられ、光吸収層１７は、複数の開口部１７ａ、すなわち各画素電極１９を対応するＴＦＴ１５に接続するための複数の開口部１７ａを除いて、表示領域２の全体に設けられることから、各ＴＦＴ１５の大部分と、各配線の全部とを光吸収層１７によって覆うことができる。したがって、図４に示すように、光吸収状態において、ＴＦＴ１５又は配線の方に進行してきた外光の大部分を光吸収層１７によって吸収でき、ＴＦＴ１５又は配線での反射を大幅に低減することができる。図４中に、矢印によって外光の経路を示した。また、例え外光が光吸収層１７を透過し、ＴＦＴ１５又は配線で反射したとしても、その反射した光を光吸収層１７によって吸収することができる。すなわち、光吸収状態において不要な反射を低減することができる。また、そのため、コントラスト比を向上することができる。
以下、反射型表示装置１の製造方法を説明する。
まず、一般的な液晶表示装置のアレイ基板と同様の方法により、絶縁基板１１上に、ゲート線１２及びゲート電極１５ａを含むゲート層と、ゲート絶縁膜１３と、半導体層１５ｂと、ソース線１４、ソース電極１５ｃ及びドレイン電極１５ｄを含むソース層とをこの順に形成する。
光吸収層１７に充分な絶縁性が得られない場合は、次に、層間絶縁膜１６を形成する。
詳細には、絶縁基板１１上に１００～３００ｎｍ程度の厚さの絶縁膜を形成した後、そのパターニングを行ってドレイン電極１５ｄ上に開口部１６ａを形成する。層間絶縁膜１６としては、窒化シリコン膜が好適であり、成膜方法としては、例えばＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いることができる。パターニング方法としては、例えばフォトリソグラフィ法やエッチング法を用いることができる。
次に、光吸収層１７を形成する。
詳細には、光吸収層１７の材料を絶縁基板１１上に塗布した後、塗膜のパターニングを行ってドレイン電極１５ｄ上に開口部１７ａを形成する。その際、光吸収層１７の開口部１７ａを層間絶縁膜１６の開口部１６ａよりも大きく形成し、光吸収層１７が開口部１６ａ内に形成されないようにする。塗布方法としては、一般的な塗布方法、例えばスピンコート法、バーコート法等の方法を用いることができる。パターニング方法としては、例えばフォトリソグラフィ法を用いることができる。光吸収層１７の材料としては、黒色樹脂が好適であり、例えば、顔料としてカーボンブラックを分散させた感光性樹脂を用いることができる。光吸収層１７のＯＤ（Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｄｅｎｓｉｔｙ）値は、適宜設定可能であるが、コントラスト比の観点からは、０．８以上が好ましく、１．２以上がより好ましい。なお、ＯＤ値は、透過率をＴ（％）とするとき、ＯＤ＝ｌｏｇ（１００／Ｔ）で求められる値（光学濃度）である。
光吸収層１７の膜厚は、使用する材料の特性や必要とするＯＤ値等の条件を考慮して適宜設定することができる。例えば、光吸収層１７の１μｍ厚あたりのＯＤ値が２、２．８又は４である場合、光吸収層１７のＯＤ値を０．８又は１．２とするための膜厚は下記表１のように設定することができる。
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光吸収層１７の１μｍ厚あたりのＯＤ値が２．８であるとき、その材料としては、例えば東京応化工業社製のＢＫ－８３１０を使用することができ、光吸収層１７の１μｍ厚あたりのＯＤ値が４であるとき、その材料としては、例えば東京応化工業社製のＢＫ－８３１０を使用することができる。
次に、平坦化絶縁膜１８を形成する。
詳細には、平坦化絶縁膜１８の材料を絶縁基板１１上に塗布した後、塗膜のパターニングを行ってドレイン電極１５ｄ上に開口部１８ａを形成する。平坦化絶縁膜１８を角のとれたなだらかな形状とし、各開口部１８ａを順テーパ形状にする観点から、パターニング後に平坦化絶縁膜１８の加熱処理を行うことが好ましい。塗布方法としては、一般的な塗布方法、例えばスピンコート法、バーコート法等の方法を用いることができる。パターニング方法としては、例えばフォトリソグラフィ法を用いることができる。平坦化絶縁膜１８の材料としては、透明樹脂が好適であり、例えば、ポジ型の感光性樹脂（例えば、ＪＳＲ社製のＪＡＳ１００）を用いることができる。
例えば、以下の工程を採用してもよい。
まず、平坦化絶縁膜１８の材料を絶縁基板１１上に塗布し、次に、絶縁基板１１の上方にフォトマスクを配置して略５０ｍＪ／ｃｍ２～４００ｍＪ／ｃｍ２の露光量で露光し、その後、ＴＭＡＨで現像を行う。続いて、略５００ｍＪ／ｃｍ２の露光量で平坦化絶縁膜１８の全面に露光（全面露光）する。そして、略２２０度で略７５分間、平坦化絶縁膜１８が形成された絶縁基板１１を加熱する。この結果、熱だれ現象によって平坦化絶縁膜１８が変形し、開口部１８ａの角がとれて平坦化絶縁膜１８はなだらかな形状となる。
平坦化絶縁膜１８の膜厚は、略１μｍ～略４μｍであることが好ましく、２μｍ～３．５μｍであることがより好ましい。平坦化絶縁膜１８の開口部１８ａを層間絶縁膜１６の開口部１６ａ及び光吸収層１７の開口部１７ａよりも小さく形成し、各開口部１６ａにおいて層間絶縁膜１６の側面１６ｂ全体を平坦化絶縁膜１８によって覆うとともに、各開口部１７ａにおいて光吸収層の側面１７ｂ全体を平坦化絶縁膜１８によって覆う。例えば、開口部１６ａ、開口部１７ａ及び開口部１８ａを、それぞれ、１辺７μｍ、１辺１０μｍ、１辺５μｍの正方形としてもよい。
なお、層間絶縁膜１６が必要でない程度に光吸収層１７に絶縁性が得られる場合も同様に、平坦化絶縁膜１８の開口部１８ａより大きく光吸収層１７の開口部１７ａを形成する。
その後、透明絶縁膜（例えばＩＴＯ膜）を厚さ１０００Å程度でスパッタリング法により成膜した後に、フォトリソグラフィ法により透明絶縁膜をパターニングすることにより、平坦化絶縁膜１８上に画素電極１９を形成する。
最後に、表示領域２の全域を覆うように配向膜２０を形成し、必要に応じて配向膜２０の配向処理を行う。以上の工程の結果、アレイ基板１０が完成する。
対向基板３０については、絶縁基板３１上に、透明導電性膜（例えばＩＴＯ膜）を厚さ１０００Å程度でスパッタリング法により成膜した後に、フォトリソグラフィ法により透明導電性膜をパターニングすることにより、対向電極３２を形成する。その後、表示領域２の全域を覆うように配向膜３３を形成し、必要に応じて配向膜３３の配向処理を行う。この結果、対向基板３０が完成する。
そして、アレイ基板１０と対向基板３０とをシール材によって互いに貼り合わせ、アレイ基板１０と対向基板３０との間隙に反射制御層４０の材料を封入する。その後、駆動回路等の実装工程を経て、反射型表示装置１が完成する。
上述の方法に従って本実施形態に係る反射型表示装置１を実際に作製したところ、ＴＦＴ１５、ソース線１４及びゲート線１２からの反射光が観察されず、良好な黒表示が得られた。これは、絶縁基板１１の内側に光吸収層１７が設けられ、更に、開口部１７ａを除いて、表示領域２の全体に光吸収層１７が形成されていたためである。また、反射率５０％の白表示が得られた。
電気泳動ディスプレイや液晶表示装置とは異なり、本実施形態では、黒表示時の表示品位は、主に光吸収層１７の特性（例えばＯＤ値や膜厚）によって決定され、黒表示時の反射率は、光吸収層１７のＯＤ値によって制御可能である。
ここで、光吸収層のＯＤ値と、黒表示及び白表示のコントラスト比との関係を計算した結果を示す。図６は、実施形態１における光吸収層のＯＤ値とコントラスト比との関係を示すグラフである。
図６に示すように、ＯＤ値が０．８まではコントラスト比は大きく増加するため、光吸収層１７のＯＤ値は０．８以上が好ましい。また、ＯＤ値が１．２以上では特に高いコントラスト比が得られるため、光吸収層１７のＯＤ値は１．２以上がより好ましい。更に、この結果から、光吸収層１７の材料として、比較的低いＯＤ値のものを使用できることが分かった。特許文献４には、ブラックマトリクスのＯＤ値は３以上が好ましいと記載されているが、ＴＦＴ１５及び配線上に光吸収層１７が設けられたフレーク反射表示方式の本実施形態では、そのように高いＯＤ値は特に必要ない。
また、上述の比較形態１のように、光吸収層をアレイ基板の絶縁基板の裏面に配置した場合についても反射率及びコントラスト比を計算したところ、黒表示時の反射率は、４．２％であり、コントラスト比は、１２であった。この結果と、図６に示した結果から、本実施形態によれば、光吸収層１７のＯＤ値によらず、比較形態１に比べて高いコントラスト比が得られることが分かった。これは、光吸収層をアレイ基板の絶縁基板の裏面に配置した場合は、ＴＦＴ及び配線が光吸収層で覆われておらず、ＴＦＴ及び配線で外光が反射するためである。また、上述の比較形態３のように、光吸収層を絶縁基板の内側に画素ごとに配置した場合も、ＴＦＴ及び配線は光吸収層で覆われないため、黒表示時の反射率及びコントラスト比は、それぞれ、４．２％及び１２程度になると考えられる。したがって、本実施形態によれば、比較形態３に比べても高いコントラスト比を得ることが可能である。
本実施形態は、反射型表示装置に係るものであるため、観察者側に入射光（外光）が射出される場合、その光は光吸収層１７を２回通ることになる。したがって、光吸収層１７のＯＤ値は、透過型表示装置に設けられる場合に比べて、１／２でよい。
光吸収層１７のＯＤ値の上限値は特に限定されないが、好ましくは２以下であり、より好ましくは１．６以下である。
以上、説明したように、本実施形態に係る反射型表示装置１は、アレイ基板１０と、アレイ基板１０に対向して配置された対向基板３０と、アレイ基板１０及び対向基板３０の間に配置され、媒体（液晶４１）及び複数の形状異方性部材４２を含む反射制御層４０と、マトリクス状に配列された複数の画素３を含む表示領域２と、を備える反射型表示装置であって、アレイ基板１０は、複数の画素３に対応して設けられた複数のスイッチング素子（ＴＦＴ１５）と、表示領域２内に設けられた複数の配線（ゲート線１２及びソース線１４）と、複数のスイッチング素子及び複数の配線上に設けられ、複数の画素３に対応して複数の開口部１７ａが設けられた光吸収層１７と、光吸収層１７上に、複数の画素３に対応して設けられた複数の画素電極１９と、を含み、複数の画素電極１９の各々は、光吸収層１７の対応する開口部１７ａを通って対応するスイッチング素子に接続され、光吸収層１７は、複数の開口部１７ａを除いて、表示領域２の全体に設けられる。これにより、光吸収状態における表示品位を向上することができる。
より詳細には、光吸収層１７は、複数の開口部１７ａ、すなわち各画素電極１９を対応するスイッチング素子に接続するための複数の開口部１７ａを除いて、表示領域２の全体に設けられることから、各画素３内のみならず隣り合う画素３の間にも光吸収層が配置されることになり、各画素３に沿って光吸収層１７のエッジ部が存在していない。したがって、該エッジ部で回折する光の発生を防止でき、その結果、該回折光に起因する虹模様の発生を防止することができる。
また、光吸収層１７は、複数の画素３に対応して設けられた複数のスイッチング素子と、表示領域２内に設けられた複数の配線との上に設けられ、光吸収層１７は、複数の開口部１７ａ、すなわち各画素電極１９を対応するスイッチング素子に接続するための複数の開口部１７ａを除いて、表示領域２の全体に設けられることから、各スイッチング素子の大部分と、各配線の全部とを光吸収層１７によって覆うことができる。したがって、光吸収状態において、スイッチング素子又は配線に進行してきた外光の大部分を光吸収層１７によって吸収でき、スイッチング素子又は配線での反射を大幅に低減することを防止することができる。また、例え外光が光吸収層１７を透過し、スイッチング素子又は配線で反射したとしても、その反射した光を光吸収層１７によって吸収することができる。すなわち、光吸収状態において不要な反射を低減することができる。
光吸収層１７のＯＤ値は、０．８以上であることが好ましく、１．２以上であることがより好ましい。ＯＤ値が０．８未満の範囲ではＯＤ値が増加するとコントラスト比が大きく増加するため、ＯＤ値を０．８以上とすることによってコントラスト比を効果的に高くすることができる。また、ＯＤ値が１．２以上であるとコントラスト比を特に効果的に高くすることができる。
また、好ましくは、アレイ基板１０は、複数のスイッチング素子及び複数の配線上に設けられ、複数の画素３に対応して複数の開口部１６ａが設けられた層間絶縁膜１６を更に含み、光吸収層１７は、層間絶縁膜１６上に設けられ、複数の画素電極１９の各々は、光吸収層１７の対応する開口部１７ａと層間絶縁膜１６の対応する開口部１６ａとを通って対応するスイッチング素子に接続される。本実施形態では、光吸収層１７は、複数の開口部１７ａを除いて、表示領域２の全体に設けられることから、光吸収層１７の材料として、シート抵抗が低い材料（例えば樹脂ＢＭ）を用いた場合、配線やスイッチング素子等の下層の導電部材が光吸収層１７を介して電気的に接続されて、それらの動作に不具合が生じるおそれがある。それに対して、複数のスイッチング素子及び複数の配線上に層間絶縁膜１６を設け、層間絶縁膜１６上に光吸収層１７を設けることによって、光吸収層１７が複数のスイッチング素子及び複数の配線に接触することを防止でき、上記電気的な不具合の発生を抑制することができる。
上述のように光吸収層１７が層間絶縁膜１６上に設けられる場合でも、スイッチング素子に光吸収層１７を直接接続させると、複数の画素３の間でリークが発生するおそれがある。したがって、光吸収層１７の複数の開口部１７ａの各々は、層間絶縁膜１６の対応する開口部１６ａよりも大きく、光吸収層１７は、複数のスイッチング素子に接触しないことが好ましい。これにより、複数の画素３の間におけるリークの発生をより確実に抑制することができる。
本実施形態において、アレイ基板１０は、光吸収層１７上に設けられ、複数の画素３に対応して複数の開口部１８ａが設けられた平坦化絶縁膜１８を更に含み、複数の画素電極１９は、平坦化絶縁膜１８上に設けられ、複数の画素電極１９の各々は、光吸収層１７の対応する開口部１７ａと平坦化絶縁膜１８の対応する開口部１８ａとを通って対応するスイッチング素子に接続され、平坦化絶縁膜１８は、光吸収層１７の複数の開口部１７ａの各々において、光吸収層１７の側面１７ｂを覆い、平坦化絶縁膜１８の複数の開口部１８ａの各々は、順テーパ形状である。このように、平坦化絶縁膜１８の各開口部１８ａが順テーパ形状であることから、各画素電極１９を対応するスイッチング素子に確実に電気的に接続することが可能となり、これらの間で電気的な接続不良が発生することを効果的に防止することが可能である。また、平坦化絶縁膜１８は、光吸収層１７上に設けられ、複数の画素電極１９は、平坦化絶縁膜１８上に設けられることから、各画素電極１９を光吸収層１７から絶縁することが可能となる。したがって、光吸収層１７の材料として、シート抵抗が低い材料（例えば樹脂ＢＭ）を用いた場合でも、光吸収層１７を介した複数の画素電極１９間のリークを抑制することができる。更に、平坦化絶縁膜１８は、光吸収層１７の各開口部１７ａにおいて、光吸収層１７の側面１７ｂを覆うことから、側面１７ｂを含む光吸収層１７の全体を平坦化絶縁膜１８で覆うことが可能であり、複数の画素電極１９間のリークや各画素電極１９の電気的な接続不良等の不具合を考慮することなく、光吸収層１７の設計が可能になる。したがって、例えば、光吸収層１７の材料として、適当な光学濃度と優れたパターニング性能を有している一方でシート抵抗が小さい材料を選択することも可能である。
（実施形態２）
実施形態２は、光吸収層の色を黒以外の色に変更したことを除いて、実施形態１と実質的に同じである。本実施形態と実施形態１とで重複する内容については、説明を省略する。
図７は、実施形態２に係る反射型表示装置におけるアレイ基板の構造を示す平面模式図であり、１つの画素内の構造を示す。図８は、実施形態２に係る反射型表示装置におけるアレイ基板の構造を示す断面模式図であり、図７のＡ１－Ａ２線断面を示す。
図７及び８に示すように、本実施形態に係る反射型表示装置では、アレイ基板２１０は、黒以外の色の光吸収層（着色層）２１７を有している。光吸収層２１７は、可視光領域の一部の領域において光を吸収可能な部材である。そのため、本実施形態では、黒以外の色（例えば赤色）の表示と、反射表示（例えば白色）とを切り替えることが可能である。
光吸収層２１７は、実施形態１の光吸収層と同様に作製可能である。すなわち、光吸収層２１７の材料を絶縁基板１１上に塗布した後、塗膜のパターニングを行ってドレイン電極１５ｄ上に開口部２１７ａを形成する。塗布方法としては、一般的な塗布方法、例えばスピンコート法、バーコート法等の方法を用いることができる。パターニング方法としては、例えばフォトリソグラフィ法を用いることができる。光吸収層（着色層）２１７の材料としては、黒以外の色（例えば赤色）の顔料を分散させた感光性樹脂（例えば、ＪＳＲ社製の顔料分散レジストオプトマーＣＲシリーズ）を用いることができる。
以下、各実施形態における変形例について説明する。
光吸収層が充分な絶縁性を有する場合は、平坦化絶縁膜を省略し、各画素電極を光吸収層の直上に配置してもよい。
形状異方性部材の駆動方法は特に限定されず、例えば、特許文献１又は２に記載の方法を採用してもよい。
媒体は、液晶に特に限定されないが、可視光領域において光透過性を有する材料が好ましい。可視光領域全体において光を概ね吸収しない液体や、それらを色素で着色したもの等を用いてもよい。
各実施形態の反射型表示装置は、複数の形状異方性部材の形状を変形させることによって、複数の形状異方性部材のアレイ基板及び対向基板への投影面積を変化させてもよい。
対向電極は、アレイ基板に設けられてもよく、各画素において、画素電極及び対向電極は、互いの櫛歯が嵌合し合う一対の櫛歯電極であってもよい。また、各画素において、画素電極及び対向電極は、幹部、及び、該幹部から延出した複数本の平行な枝部（櫛歯）を有するものであってもよく、互いの枝部が一定の間隔（スペース）を介して交互に配置されてもよい。この場合、画素電極及び対向電極の間に電圧を印加すると、スペース近傍において反射制御層にアレイ基板に対して略平行な電界（横電界）が生じる。
対向電極は、アレイ基板に設けられてもよく、各画素において、画素電極及び対向電極は、平面状電極と、複数本の平行な電極スリット（電極の非形成部分）が形成された電極との組合せであってもよく、電極スリットが形成された電極は、誘電体層（絶縁膜）を介して、平面状電極上に積層されてもよい。この場合、画素電極及び対向電極の間に電圧を印加すると、電極スリット近傍において反射制御層にアレイ基板に対して略平行な電界（横電界）が生じる。
アレイ基板及び対向基板のうち、対向電極が設けられた基板は、配線として、対向電極に接続された共通配線を更に有してもよい。
１：反射型表示装置
２：表示領域
３：画素
１０、２１０：アレイ基板
１１、３１：絶縁基板
１２：ゲート線（配線）
１３：ゲート絶縁膜
１４：ソース線（配線）
１５：ＴＦＴ（スイッチング素子）
１５ａ：ゲート電極
１５ｂ：半導体層
１５ｃ：ソース電極
１５ｄ：ドレイン電極
１６：層間絶縁膜
１６ａ、１７ａ、１８ａ：開口部
１６ｂ、１７ｂ：側面
１７、２１７：光吸収層
１８：平坦化絶縁膜
１９：画素電極
２０、３３：配向膜
２１：コンタクトホール
３０：対向基板（第二基板）
３２：対向電極
４０：反射制御層
４１：液晶
４２：形状異方性部材
４３：液晶分子
４４：フレーク

Claims (13)

  1. アレイ基板と、
    前記アレイ基板に対向して配置された対向基板と、
    前記アレイ基板及び前記対向基板の間に配置され、媒体及び複数の形状異方性部材を含む反射制御層と、
    マトリクス状に配列された複数の画素を含む表示領域と、を備える反射型表示装置であって、
    前記アレイ基板は、前記複数の画素に対応して設けられた複数のスイッチング素子と、
    前記表示領域内に設けられた複数の配線と、
    前記複数のスイッチング素子及び前記複数の配線上に設けられ、前記複数の画素に対応して複数の開口部が設けられた光吸収層と、
    前記光吸収層上に、前記複数の画素に対応して設けられた複数の画素電極と、を含み、
    前記複数の画素電極の各々は、前記光吸収層の対応する開口部を通って対応するスイッチング素子に接続され、
    前記光吸収層は、前記複数の開口部を除いて、前記表示領域の全体に設けられる反射型表示装置。
  2. 前記光吸収層のＯＤ値は、０．８以上であることを特徴とする請求項１記載の反射型表示装置。
  3. 前記光吸収層のＯＤ値は、１．２以上であることを特徴とする請求項２記載の反射型表示装置。
  4. 前記アレイ基板は、前記複数のスイッチング素子及び前記複数の配線上に設けられ、前記複数の画素に対応して複数の開口部が設けられた層間絶縁膜を更に含み、
    前記光吸収層は、前記層間絶縁膜上に設けられ、
    前記複数の画素電極の各々は、前記光吸収層の前記対応する開口部と前記層間絶縁膜の対応する開口部とを通って前記対応するスイッチング素子に接続される請求項１～３のいずれかに記載の反射型表示装置。
  5. 前記光吸収層の前記複数の開口部の各々は、前記層間絶縁膜の対応する開口部よりも大きく、
    前記光吸収層は、前記複数のスイッチング素子に接触しない請求項４記載の反射型表示装置。
  6. 前記アレイ基板は、前記光吸収層上に設けられ、前記複数の画素に対応して複数の開口部が設けられた平坦化絶縁膜を更に含み、
    前記複数の画素電極は、前記平坦化絶縁膜上に設けられ、
    前記複数の画素電極の各々は、前記光吸収層の前記対応する開口部と前記平坦化絶縁膜の対応する開口部とを通って前記対応するスイッチング素子に接続され、
    前記平坦化絶縁膜は、前記光吸収層の前記複数の開口部の各々において、前記光吸収層の側面を覆い、
    前記平坦化絶縁膜の前記複数の開口部の各々は、順テーパ形状である請求項１～５のいずれかに記載の反射型表示装置。
  7. 前記アレイ基板及び前記対向基板の少なくとも一方に設けられ、前記複数の画素電極に対向する対向電極を更に備え、
    前記複数の画素の各々において、前記画素電極及び前記対向電極の間に印加される電圧に応じて、前記複数の形状異方性部材の前記アレイ基板及び前記対向基板への投影面積を変化させる請求項１～６のいずれかに記載の反射型表示装置。
  8. 前記複数の形状異方性部材を回転させることによって、前記投影面積を変化させる請求項７記載の反射型表示装置。
  9. 前記複数の形状異方性部材は、前記画素電極及び前記対向電極の間に電圧が印加されないときに前記反射制御層の面内方向に沿うように配向し、前記画素電極及び前記対向電極の間に電圧が印加されたときに前記反射制御層の厚み方向に沿うように配向する請求項７又は８記載の反射型表示装置。
  10. 前記複数の画素の各々において、前記画素電極及び前記対向電極は、平面状である請求項７～９のいずれかに記載の反射型表示装置。
  11. 前記複数の形状異方性部材は、金属、半導体及び誘電体からなる群より選ばれる少なくとも一つの材料から形成される請求項１～１０のいずれかに記載の反射型表示装置。
  12. 前記複数の形状異方性部材は、フレーク状、円柱状又は楕円球状であることを特徴とする請求項１～１１のいずれかに記載の反射型表示装置。
  13. 前記媒体は、液晶であることを特徴とする請求項１～１２のいずれかに記載の反射型表示装置。
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